Kaip veikia lietaus matuoklis ir kam naudojami lietaus matuokliai?

Lietaus matuokliai yra nepakeičiami meteorologiniai prietaisai, leidžiantys tiksliai išmatuoti kritulius (skystas lietus, tirpsta sniegas, šlapdriba) tam tikru laikotarpiu ir tam tikroje vietovėje. Jie teikia svarbius duomenis apie kritulių gylį (paprastai milimetrais arba coliais), kurie padeda priimti sprendimus meteorologijos, žemės ūkio, inžinerijos ir aplinkos valdymo srityse. Istoriškai tiksliai išmatuoti kritulių kiekį buvo sudėtinga dėl didelio regioninio ir paros kintamumo; šiuolaikiniai mokslo pasiekimai leido sukurti įvairius, patikimus lietaus matuoklius, pritaikytus skirtingiems poreikiams. Šiame straipsnyje nagrinėjamas jų apibrėžimas, veikimo principai, tipai, įrengimo priežiūra, tikslumo veiksniai ir programos.

1. Kas yra lietaus matuoklis?

Lietaus matuoklis yra prietaisas, skirtas tam tikroje vietovėje per tam tikrą laiką iškrintančių kritulių kiekiui įvertinti (pastaba: sningant reikalingas specializuotas sniego matuoklis). Dauguma naudoja milimetrus kaip pagrindinį vienetą, nors coliai ar centimetrai taip pat yra įprasti. Rodmenis galima nuskaityti rankiniu būdu arba automatiškai per meteorologines stotis, o stebėjimo dažnis reguliuojamas pagal duomenų rinkimo reikalavimus. Daugeliu atvejų surinktas lietaus vanduo po stebėjimo išmetamas, tačiau kai kurios meteorologinės stotys išlaiko mėginius taršos ar kitiems aplinkosaugos tyrimams.

2. Kaip veikia lietaus matuoklis?

2.1 Bendrasis darbo principas

Pagrindinis visų lietaus matuoklių mechanizmas yra nuoseklus: kolektorius (dažniausiai piltuvo formos) fiksuoja krintančius kritulius, nukreipdamas juos į matavimo indą arba jutimo komponentą. Tada kritulių kiekis apskaičiuojamas naudojant graduotus ženklus, mechaninius paleidiklius arba elektroninius jutiklius. Šie duomenys naudojami vandens tiekimui, drenažo poreikiams ir oro poveikiui analizuoti.

2.2 Įvairių tipų lietaus matuoklių veikimo principai

Įvairios lietaus matuoklio konstrukcijos veikia pagal skirtingus principus, kad prisitaikytų prie skirtingų matavimo scenarijų (pvz., rankinis arba automatinis, momentinis arba kaupiamasis kritulių kiekis):

• Standartinis lietaus matuoklis : naudojamas piltuvo formos kolektorius, prijungtas prie matavimo vamzdelio. Kolektoriaus skersmuo yra 10 kartų didesnis nei vamzdžio, todėl kritulių kiekis padidėja 10 kartų, kad būtų galima atlikti tikslius matavimus (iki 0,01 colio). Vandens perteklius, viršijantis vamzdžio talpą, yra laikomas matuoklio korpuse, kad būtų galima vėliau išmatuoti.

• Nuvertimo kaušo lietaus matuoklis : turi mechaninę bistabilią kaušo konstrukciją. Kai surinktas lietaus vanduo pasiekia tam tikrą svorį, gravitacija priverčia kibirą apvirsti ir generuoti impulsinį signalą. Šis signalas įrašomas ir perduodamas į debesies serverius belaidžiu ryšiu, todėl galima stebėti kritulių kiekį realiuoju laiku.

• Optinis lietaus matuoklis : priklauso nuo fotoelektrinio aptikimo. Integruoti infraraudonųjų spindulių optiniai zondai analizuoja šviesos pralaidumo savybes; kai lietaus lašai praeina pro mėginių ėmimo erdvę, jie blokuoja lazerį, pakeisdami jutiklio gaunamą šviesos signalą. Apdorojant konvertuojamo elektrinio signalo pokyčius (pvz., užsikimšimo trukmę), apskaičiuojamas kritulių kiekis.

Lietaus matuoklis

3. Pagrindiniai lietaus matuoklių tipai: darbas, skaitymas, montavimas ir priežiūra

Lietaus matuokliai skirstomi į kategorijas pagal išvaizdą ir matavimo principus, o naudojami trys pagrindiniai tipai. Kiekvienas iš jų turi unikalių savybių, tinkamų konkrečioms reikmėms:

3.1 Standartinis lietaus matuoklis

Plačiai naudojami ir ekonomiški standartiniai lietaus matuokliai idealiai tinka pagrindiniam kritulių matavimui. Jie reikalauja minimalaus nustatymo – tiesiog pritvirtinkite juos atviroje vietoje, kad surinktumėte lietaus vandenį.

Skaitymo metodas

Rodmenys paprastai atliekami rankiniu būdu, todėl būtinas griežtas tikslumas: laikykite matuoklį lygyje, sulygiuokite savo matymo liniją su vandens paviršiumi (perskaitykite žemiausią įgaubto menisko tašką) ir registruokite vienos dešimtosios tikslumu. Jei yra daug kritulių, matuokite keliomis partijomis ir susukite sumas. Kietiems krituliams (ledui, sniegui): pakeiskite piltuvą sniego imtuvu, uždenkite laikymo buteliuką, kad jis neišgaruotų, ištirpinkite kietą medžiagą (jei reikia, naudodami šiltą vandenį) ir iš galutinio matavimo atimkite pridėto šilto vandens tūrį.

Montavimas

Sumontuokite matuoklį ant stacionarios lentynos stebėjimo zonoje, užtikrindami, kad kolektoriaus anga būtų lygi ir 70 cm virš žemės. Vietose, kuriose yra daug sniego, šalia įrenkite atsarginę lentyną (1,0–1,2 m virš žemės); perkelkite matuoklį į atsarginę lentyną, kai sniego gylis viršija 30 cm. Žiemą išimkite piltuvą (arba pakeiskite jį sniego imtuvu) ir sniego surinktuvą bei laikymo baką naudokite tiesiogiai surinkimui.

Priežiūra

Atlikite papildomus stebėjimus iš karto pasibaigus krituliams šiltuoju metų laiku, kad išvengtumėte garavimo klaidų. Išvalykite matavimo cilindrą ir laikymo buteliuką bent kartą per mėnesį. Venkite tikrinti, ar nėra nuotėkio žiemos ar lietaus metu. Reguliariai tikrinkite, ar rinktuve ir piltuvėlyje nėra užsikimšimų (pvz., dirvožemio, lapų), nedelsdami pašalinkite šiukšles.

3.2 Nuvertimo kaušo lietaus matuoklis

Šio tipo didelio tikslumo oro jutiklis siūlo automatinį duomenų įrašymą (išvengiant žmogiškųjų klaidų). Jis gali būti naudojamas atskirai arba suporuotas su lauko oro stotimis. Įprastos medžiagos yra profesionalus nerūdijantis plienas ir prieinamas ABS plastikas.

Skaitymo metodas

Duomenys apie kritulius įrašomi automatiškai ir įkeliami į duomenų centrą laidiniu, GPRS arba Ethernet ryšiu. Vartotojai gali peržiūrėti realaus laiko ir istorinius duomenis (laikotarpis, dienos, mėnesio, metinis kritulių kiekis) naudodamiesi kompiuteriu arba mobiliąja programėle ir eksportuoti duomenis kaip Excel failus tyrimams ir tikrinimui. Sistema integruoja duomenų rinkimą, įrašymą ir saugojimą su nuotolinės diagnostikos ir valdymo funkcijomis.

Montavimas ir paleidimas

Įdiekite jutiklį 0,7 m virš žemės (šiauriniuose regionuose – 1,2 m), kad užtikrintumėte duomenų tęstinumą ir palyginamumą. Išlyginkite kolektoriaus burną gulsčiuku. Pritvirtinkite pagrindo tris pėdas prie betoninio pamato naudodami M8 inkarinius varžtus (120° atstumu vienas nuo kito). Sureguliuokite išlyginimo varžtus, kad burbulas būtų centre, tada priveržkite tvirtinimo varžtus. Įsitikinkite, kad pagrinde yra drenažo išleidimo angos ir kabelių kanalai; jei reikia patikrinti matavimo tikslumą, pastatykite nedidelę duobę surinkimo konteineriui. Dviejų gyslų ekranuotą signalinį kabelį perverkite per pagrindo guminį apvalkalą, nuimkite 20 mm izoliaciją nuo laidų, juos susukite, įkiškite į gnybtų bloką ir pritvirtinkite. Prieš montuodami kolektoriaus komponentą, patikrinkite signalo perdavimą švelniai pasukant kaušą ir rankiniu būdu patikrinkite vandens tiekimą.

Priežiūra

• Saugokite instrumentą nuo susidūrimų (išvengkite kolektoriaus burnos deformacijos); užtikrinti stabilumą ir lygumą. Kasmet tikrinti su nonijiniais suportais ir gulsčiukais; pridėti nepilotuojamų stočių saugos apsaugą.

• Reguliariai valykite dumblą, dulkes, lapus ir vabzdžius iš vandens kanalų; nuvalykite kolektoriaus žiedą ir vidinį paviršių, kad užtikrintumėte netrukdomą srautą.

• Išvalykite išvertimo kaušo vandens kamerą švariu vandeniu arba alkoholiu (naudokite valymo rašiklį); nelieskite kibiro vidinės sienelės (alyvos dėmės turi įtakos tikslumui).

• Jei kaušas užstringa, išvalykite veleno kakliukus ir brangakmenių guolių angas vandeniu arba alkoholiu. Pakeiskite susidėvėjusius / sulūžusius brangakmenių guolius arba kaušo velenus, jei nepavyksta išvalyti.

• Netepkite brangakmenių guolių (kaupiasi dulkės ir susidėvi); reguliariai tikrinkite kaušo veleno ašinį tarpą (per didelis/nepakankamas tarpas turi įtakos darbui).

• Negadinkite apverčiamo kaušo nuolydžio reguliavimo varžtų; įsitikinkite, kad jie yra sandarūs ir burbulas lieka centre.

• Kai nelyja, uždenkite kolektoriaus angą vamzdžio dangteliu, kad nesusikauptų dulkės (naudojant patalpose arba lauke).

3.3 Optinis lietaus matuoklis

Automatinis lietaus matuoklis, kuriame naudojami įmontuoti jutikliai krituliams skaičiuoti ir duomenims perduoti į debesų platformas laidinėmis/belaidėmis priemonėmis, kad būtų galima žiūrėti nuotoliniu būdu. Tai ypač vertinga aviacijos ir navigacijos programoms.

Montavimas

Įrenkite atviroje vietoje be jokių kliūčių virš arba aplinkui. Pirmiausia pritvirtinkite įrenginį prie pridedamo laikiklio, naudodami 4 M4*35 304 nerūdijančio plieno varžtus ir veržles. Tada pritvirtinkite laikiklį į montavimo padėtį (išgręžkite φ5 skylę), užtikrinkite horizontalų išlygiavimą ir pritvirtinkite dėklą bei įrenginį 3 M4*10 304 nerūdijančio plieno varžtais ir veržlėmis.

Priežiūra

Prietaisas veikia lauke atšiauriomis sąlygomis; laikykite paviršių švarų minkštu skudurėliu. Valykite kas mėnesį, jei naudojate ilgą laiką, arba kas ketvirtį, jei naudojate rečiau.

4. Veiksniai, turintys įtakos lietaus matuoklio matavimo tikslumui

Nors lietaus matuokliai yra patikimi, keli veiksniai gali pakenkti tikslumui. Atsižvelgdami į šiuos dalykus ir vadovaudamiesi geriausios praktikos pavyzdžiais, užtikrinamas tikslus duomenų rinkimas:

• Vėjas : stiprus vėjas nuneša lietų nuo kolektoriaus, todėl kritulių kiekis yra nepakankamas. Įdėkite matuoklį apsaugotoje vietoje, kad sumažintumėte vėjo poveikį.

• Garavimas : Dėl aukštos temperatūros ir saulės spindulių surinktas lietaus vanduo išgaruoja prieš matavimą. Stebėkite ir nedelsdami ištuštinkite matuoklį.

• Sniegas ir ledas : standartiniai matuokliai yra neveiksmingi užšalusiems krituliams. Naudokite specializuotus sniego matuoklius arba sniego vandens ekvivalento jutiklius sniego kiekiui išmatuoti ir konvertuoti į skysčio ekvivalentą.

• Užsikimšimai : šiukšlės (lapai, vabzdžiai) užkemša piltuvą arba matavimo vamzdelį, neleidžiant tiksliai surinkti. Atlikite reguliarų valymą ir priežiūrą.

• Prietaiso veiksniai : Medžiaga, kolektoriaus dydis, aukštis virš žemės ir aplinka taip pat turi įtakos tikslumui. Šiuolaikiniuose matuokliuose paprastai naudojamas patvarus, pažeidimams atsparus plastikas, siekiant padidinti patikimumą.

5. Kam naudojami lietaus matuokliai?

Lietaus matuokliai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį daugelyje sričių, palaikydami oro stebėjimą, išteklių valdymą ir rizikos mažinimą:

5.1 Meteorologija

Stebėkite audros intensyvumą, prognozuokite kritulius ir įspėkite apie potvynius. Automatiniai tipai (pvz., nuleidžiami kaušo lietaus matuokliai) nuolat registruoja kritulių kiekį ir kaupimąsi, o sifoniniai lietaus matuokliai dokumentuoja kritulių trukmę – abu svarbūs orų prognozėms.

5.2 Žemės ūkis

Stebėdami kritulių kiekį, vadovaukitės sodinimo, drėkinimo ir derliaus nuėmimo sprendimais. Ūkininkai naudoja šiuos duomenis norėdami nustatyti, ar krituliai atitinka pasėlių augimo poreikius, ir pakoreguoti drėkinimo grafikus, kad optimizuotų derlių.

5.3 Vandens išteklių valdymas

Pateikite duomenis užtvankų, rezervuarų ir drenažo sistemų projektavimui. Remti miesto vandens srautų valdymą, požeminio vandens pasipildymo vertinimą ir sausrų stebėjimą.

5.4 Inžinerija ir statyba

Informuoti apie kelių, tiltų ir lietaus nuotekų sistemų projektavimą. Padėkite valdyti statybvietės saugą numatydami potvynių riziką.

5.5 Aplinkos tyrimai

Stebėkite vandens ciklą, sausros sąlygas ir nuošliaužų riziką. Ilgalaikiai duomenys palaiko klimato kaitos tyrimus, stebint kritulių tendencijas.

5.6 Išmanieji miestai ir specialūs laukai

Palaikykite efektyvų drenažo valdymą, ledo šalinimo operacijas ir viešosios infrastruktūros priežiūrą. Optiniai lietaus matuokliai yra labai svarbūs aviacijos ir navigacijos saugai; jie taip pat tarnauja kaip degalų lygio indikatoriai transporto priemonėse.

6. Išvada

Krituliai yra pagrindinis meteorologinis elementas, o tikslus matavimas yra būtinas žmonių gamybai ir gyvenimui – nuo ​​pasėlių augimo iki klimato prognozavimo. Prieš išpopuliarinant daiktų interneto technologiją, kritulių stebėjimas rėmėsi rankiniu duomenų nuskaitymu, todėl smarkaus lietaus metu atnaujinimai realiuoju laiku buvo sudėtingi. Labai svarbu pasirinkti tinkamą lietaus matuoklį: standartinius matuoklius mėgsta meteorologijos entuziastai ir tyrinėtojai; išvertimo kaušo matuokliai dažnai suporuojami su meteorologinėmis stotimis automatiniam lauko stebėjimui; optiniai matuokliai puikiai tinka aviacijoje ir navigacijoje.

Suprasdami lietaus matuoklio veikimo principus, tipus, tikslumo veiksnius ir pritaikymą bei įgyvendindami tinkamą montavimo ir priežiūros praktiką, galime užtikrinti patikimus kritulių duomenis. Šie duomenys suteikia galimybę priimti pagrįstus sprendimus įvairiuose sektoriuose, o tai pagerina mūsų gebėjimą reaguoti į besikeičiančias oro ir aplinkos sąlygas.