מדידה של משקעים היא אבן הפינה של הידרולוגיה מודרנית, הנדסה אזרחית ומדע האקלים. בהקשרים הנדסיים - בין אם תכנון מערכות מים סערות, ניהול פעולות מאגר, או קלברת מודלים הידרולוגיים - הבחירה של כלי מדידה משפיעה ישירות על אמינות הפרויקט והבטיחות. מהנדסים חייבים לנווט נוף של מכשירים מכניים, אופטיים ואלקטרוניים, כל אחד עם נקודות חוזקות נפרדות ופגמים.

אמצעי זהירות משותפים בהנדסה

גשם גאגס

מדפי גשם מתאמצים על ידי איסוף משקעים במיכל שהועלה על מנגנון במשקל.המסה המצטברת מומרת למדידה עומק באמצעות צפיפות המים.מדים אלה נחשבים נרחב כסטנדרט ההתייחסות למדידת משקעים מוחלטים, כי הם מתעדים כל טיפה ברציפות, ללא שגיאות דיסקרטיזציה אופייניות של עיצובי טיפ-בנקט.

עם זאת, המורכבות המכנית שלהם דורשת התקנה זהירה ותחזוקה סדירה.יש להגן על הפלטפורמה במשקל מהרטטים המושרה רוח, ואת המשפך איסוף חייב להיות מחומם בתנאים מקפיאים - דרישה אשר מוסיפה צריכת חשמל ועלויות. מהנדסים ברשתות ניטור מרחוק או ארוך טווח לעתים קרובות זוגות במשקל מדדים עם בדיקות כיס אוטומטיות כדי לשמור על איכות נתונים לאורך שנים של פעילות ללא השגחה גבוהה.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

מדפי גשם דלי הם העורקים של הידרולוגיה תפעולית.בכל פעם נפח קבוע של מים (בדרך כלל 0.2 מ"מ או 0.254 מ"מ) מצטברים בדלי קטן, הדלי, סגירת מתג או חיישן מגנטי.ספירת הטיפים היא לאחר מכן רשמה על ידי מרשם נתונים.פשטות שלהם, צריכת חשמל נמוכה, ופלט דיגיטלי בזמן אמתי להפוך אותם אידיאליים עבור תחנות מזג אוויר אוטומטיות וניקוז.

עם זאת, מדפי קצה יש הטיה ממושמעת היטב. במהלך הגשמים הכבדים, המים עשויים לעלות על הדלי לפני שהוא טיפ, המוביל לתחתית - תופעה הנקראת "התחתונים" בגשם בהיר, האינטרטי המכנית של הדלי עלולה לגרום לעיכובים או כישלון עד שהצטברות שנייה של עלייה במשקל.

גשם אופטי גאגס

מדדי גשם אופטיים משתמשים ב- אינפרא אדום או בקרן לייזר על פני נפח דגימה.כפי שגשם עובר דרך הדבורה, הם מתפזרים או מעצימים את האור, והאות מעובד להעריך את גודל הירידה ואת מהירות הסתיו.כלי אלה לא זזים חלקים ודורשים תחזוקה מינימלית, מה שהופך אותם אטרקטיביים לסביבות קשות כגון פסגות הרים, מדבר או פלטפורמות offshore הם גם מספקים התפלגות ערך עבור מחקרים , אשר הם סחף, נתונים ריצוף .

הסגירה העיקרית של מדדים אופטיים היא הפגיעות שלהם להפרעות סביבתיות.ערפל, אבק מפוצץ, חרקים ואפילו שלג כבד יכול לייצר החזרים כוזבים או לחסום את הדרך האופטית.הדיוק שלהם הוא בדרך כלל נמוך יותר מאשר של מדדים מכניים - לעתים קרובות בתוך 10-15% של התייחסות - אבל היכולת שלהם לפעול ללא השגחה במשך חודשים ולהעביר נתונים תוך זמן אמיתי הופכת אותם הכרחיים עבור רשתות טלמטריות בקנה מידה גדול.

גשם קיבולי

מדדי גשם Capacitance מזהים משקעים על ידי מדידה של השינוי ב- capacitance בין אלקטרודות כמו מים מצטברים על משטח חיישן.הם קומפקטיים, עמידים, וצורכים מעט מאוד כוח, מה שהופך אותם מתאימים ניטור סביבתי מבוסס IoT ותחנות מזג אוויר חקלאיות.חלק מהעיצובים משלבים ציפוי הידרופובי לשפך מים לאחר מדידה, צמצום אובדן evaporation.

האתגר המרכזי עם מדפי קיבול הוא סחף.לאורך זמן, מצטבר contaminants (salt, אבק, סרט אורגני) לשנות את הקבוע dielectric, גרימת שינויים קליברציה. מהנדסים חייבים לקבוע מדי פעם ניקוי ושיקום או להשתמש אלגוריתמים מתאימים כדי לתקן עבור סחף בסיס.בסביבות נקיות, כגון אתרי מחקר רלוונטיות גבוהה, אלה מבצעים סבירות, עם 56% - 000 $ כדי לבצע שגיאות איטיות (%) בהשוואה ל- 10) טמפרטורות נמוכות יותר נמוך יותר נמוך יותר מאשר נמוך יותר.

הערכה בביצועים קריטריה

בחירת המכשיר המתאים דורש הערכה שיטתית של מדדי ביצועים.הקריטריונים הבאים רלוונטיים ביותר לפרקטיקה הנדסית:

  • (FLT:0) דיוקנות: 1 מעלות אשר מדידת מסכים עם כמות המשקעים האמיתית, בדרך כלל מוערכת נגד מדד משקל גבוה או מדד בור לאומי סטנדרטי.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : 1:1 (החזרה על המדידות בתנאים זהים.דיוק גבוה מפחית את אי הוודאות בהתערבות מרחבית והרכב מודלים.
  • תקופת אחריות והחלטה טמפלית: קיד 1 [כמה מהר המכשיר רושם שינויים במשקעים.
  • (FLT:0) שימור אינטרוול ומורכבות: גרף 1) גאגונס במקומות מרוחקים חייב לפעול במשך חודשים בין ביקורים בשירות.הזיז חלקים, רכיבים מחוממים ואלקטרוניקה רגישה כל דורש תשומת לב.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ : ⁇ 1 (ההתנגדות לרוח, הקפאת, ברק, אבק וזיהום ביולוגי, אין ולו מדד אחד עולה בכל התנאים.
  • (ב) ,0)הרכב של בעלות: FLT:1 כולל מחיר רכישה, התקנה, כוח, העברת נתונים, חלקי חילוף, ועבודה עבור קיטובה וניקוי.

ניתוח השוואתי: חוזקות וחלשות

המונחים: Wind-Induced Undercatch

הרוח היא המקור היחיד הגדול ביותר של טעות שיטתית עבור מדפי גשם קונבנציונליים.אפילו עם מגן רוח סטנדרטי (כגון עיצובים אלטר או טרטיאקו), מד משקל עשוי להיות מתחת ל-5% ברוח בינונית של 5-10 מ'/s. .מד אופטי הם פחות מושפעים על ידי הרוח כי הם מודדים טיפות בפס חופשי, אבל נפח הדגימה שלהם הוא קטן, המוביל לגמישות גבוהה יותר של מזג אווירי, גם תחת דלי חום כהה, יש צורך, אבל יש צורך בטמפרטורות גבוהות יותר, אך תחת השפעה על ידי מצופה.

אזורי ניתוח במיטת מבחן ה-WMO (WMO) של ארגון המטאורולוגי העולמי בג'וקיוונאם, פינלנד, הוכיחו כי משקל של מדדים עם מגיני רוח מניב את ההטיה הקטנה ביותר (הרש"פ:0)1 מ"מ/h) מדפי דלי צמיגים עם מגן או מרכזי הראה הטיה של 3-5 אחוזים לאחר יישום גורם ספציפי לאתר.

החלטה זמנית וגילוי אירועים

עבור יישומים כגון ניטור שפכים או אזהרה פלאש-flood, פתרון זמני גבוה הוא חיוני. Weighing מדמונים לספק פלט אנלוגי מתמשך, ועם יומני נתונים מודרניים, החלטה של 0.01 מ" לדקה היא achievable. ip מדלי מציג מתגט זמן כי גשם חייב לצבור כדי לעורר את הטיפ הבא; בעצימות נמוכות, רזולוציה של 0.01 מ"ד לכמה דקות יכול לייצג את הגשמים הממוצע, אבל לא רק לעתים קרובות יותר מאשר רק את הגשמים בודדים.

דרישות תחזוקה

מדדי הניקוי דורשים ניקוי חודשי של המשפך ומשקל דלי, החלמה שנתית, ואת רכיב חימום החורף בודק.טיpping מדפי צריך ניקוי תקופתי של מנגנון הדלי, כמו גם אימות של נפח הטיפ - לעתים קרובות נעשה עם סינינג של נפח מים ידוע. משככי מדדים אופטיים דורשים ניקוי של חלונות אופטיים או עדשות כל 3-6 חודשים, בהתאם לעומס אבק.

השלכות על הנדסה

Stormwater and Drainage Design

מהנדסים מעצבים את תפירה הסערה, culverts, ו אגן המעצרים מסתמכים על עקומות אינטנסיביות של קידוד (IDF) שמקורן ברשומות משקעים לטווח ארוך, אם התצפיות הבסיסיות מגיעות ממדדי טיפ ללא תיקון עבור undercatch, עקומות צה"ל עשויות להמעיט בזרימת תיקונים נדירים, ספציפיים - הובילו באופן בלתי אפשרי לתשתיות גדולות.

מודלים הידרולוגיים ותחזיות מבול

מודלים הידרולוגיים ממורמרים דורשים שדות מרחביים מדויקים של קלט משקעים. Bas במד יחיד propgates דרך המודל ויכולים לייצר הערכות פריקה שגויות. עבור מרכזי חיזוי שיטפון, נתונים בזמן אמת ממדדים אופטיים במימי ראש הרריים (שם גישה מד היא מוגבלת) יכול למלא פערים, אבל הנתונים חייבים להיות מוטה באמצעות התאמות היסטוריות עם מדדים מכניים נמוכים במשקל.

ניהול מים חקלאיים

בתזמון השקיה ופיקוח בצורת, מצטברים של משקעים חודשיים חשובים יותר מאשר נחיתות שיא. CA CAATITance, עם העלות הנמוכה שלהם וקלות של שילוב עם רשתות חיישן אלחוטי, משמשים יותר ויותר על ידי מהנדסים חקלאיים. עם זאת, הם צריכים להיות פרוס עם אלגוריתם בקרת איכות כי דגלים שינויים מהירים בקו הבסיס, כפי שלעתים קרובות אלה מצביעים על זיהום או condensation ולא משקעים אמיתיים.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

כמה חידושים מעצבים מחדש את מדידת המשקעים:

  • (FLT:0Disdrometers: FLT:1ir מכשירים המדידה את גודל הירידה ואת מהירות הסתיו באמצעות הדמיה לייזר או וידאו.הם מספקים לא רק כמות משקעים אלא גם הפצה בגודל נמוך, שלב (rain /drizzle /hail), ואנרגיה קינטית - שימוש יעיל עבור שחיקה אדמה ו calibration מכ"ם גבוה (5,000 $) מגבילים אותם למחקר הנוכחי.
  • (FLT:0) קישורים מיקרוגלימיים (CMLssroval): 1 שימוש בעצימות של אותות מיקרוגל בין מגדלי תאיים כדי להעריך גשם מותש נתיב (CMLs) מציעים אלטרנטיבה בעלות נמוכה, גבוהה גבוהה מאוד באזורים עירוניים, אך דורש עיבוד אותות מורכב כדי להפריד את התגברות הגשם מהפסדים אחרים.
  • (FLT:0) Machine Learning Corrections:FLT:1 Algorithms מאומן על מדידות התייחסות משותפת יכול לתקן באופן דינמי טיפ דלי ו capacitance Measure הטיה בזמן אמת, צמצום הצורך ב calibration ידני תכוף.
  • (ב) שילוב של ההרחבה:0 (Multi-sensorאינטגרציה: ההרחבה: ההרחבה של מידע על מד משקל עם מכ"ם, לוויין, ו- disdrometer באמצעות טכניקות של היתוך נתונים מניבה את הערכות המשקעים החזקות ביותר עבור יישומים הנדסיים.

שיטות טובות ביותר עבור Instrument Selection and Deployment

בהתבסס על הניתוח ההשוואתי, מהנדסים יכולים לעקוב אחר ההנחיות הללו:

  • (FLT:0)Critical Design Data (למשל, עקומת צה"ל עבור סכרים גדולים): ibph:1 השתמש במשקל מדדים עם מגן רוח ושמירה על שיא ארוך טווח ( ⁇ 30 שנים) אם באמצעות מדפי טיפפינג, החל תיקון דינמי נגזר מהשוואה משותפת.
  • (FLT:0) רשתות התראה בזמן אמת: FLT:1 , Deploy תערובת של מדפי קצה (עבור צפיפות יעילה) ומדנים אופטיים במקומות מרוחקים או מסוכנים.להבטיח שכל הנתונים מוצצים עם אלגוריתם תיקון הטיה לפני הכניסה למודל החיזוי.
  • (FLT:0) ניטור חקלאי: FLT:1 , CACacitance Measures מקובל, אבל לצמד אותם עם מד משקל באתר מרכזי עבור התחדשות חודשית.
  • מחקרים: מחקר של כיתה א': 1FLT 1 Disdrometers ומשקלו מדפס הם מועדים.חשבו על מספר רב של מקרי עלייה כדי ללכוד את הרגישות בקנה מידה קטן.
  • (FLT:0) תזמון ההנעה: 1FLT) יישום בדיקה שגרתית כל שבועיים עד 4 שבועות עבור מדפי מעבר חלקים, וכל 3-6 חודשים עבור מדדים אופטיים ורגישים.

מסקנה

מדידת קדם-תאמציה אינה אחת בגודל של דיסציפלינה-כל כלי – הדלי, הדלי המכוון, אופטי או קיבול – יש תפקיד בהורציה, והבחירה חייבת להיות מונעת על ידי דרישות הדיוק הספציפיות, התנאים הסביבתיים, התקציביים המתוארים, והנתונים לשימוש קצה-שימושי-שימושי-היתר-היתר-היתר-אפשרות גבוהה יותר להורדת חומרים להורדת דיוק, אך עלות והתחזוקה שלהם עלולה להיות מונעת דחיסות לנטראקטיבית של טכנולוגיות מתקדמות יותר.