雙層翻斗式雨量計(jì)翻斗特性的試驗(yàn)和模擬分析

蔡 釗，王海鵬，劉九夫，廖愛(ài)民，廖敏涵，劉宏偉，周 斌，姚 業(yè)

(1.南京水利科學(xué)研究院水文水資源研究所，江蘇 南京 210029；2.紅河州南源供水有限公司，云南 紅河州 661000)

作為水文領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，降水觀測(cè)數(shù)據(jù)是研究水文循環(huán)、洪澇災(zāi)害、氣候變化等最重要的輸入數(shù)據(jù)，其觀測(cè)精度直接影響水文預(yù)報(bào)和水文過(guò)程模擬的準(zhǔn)確性[1-2]。翻斗式雨量計(jì)(TBR)由于具有簡(jiǎn)單實(shí)用、精度高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于氣象和水文降水測(cè)量[3-5]。但TBR存在由蒸發(fā)、浸潤(rùn)和風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)引起的測(cè)量誤差[6-10]，也存在由于翻斗在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中雨量捕捉損失導(dǎo)致的機(jī)械誤差[5,11]。通常，機(jī)械誤差隨降水強(qiáng)度的變化而變化，造成實(shí)際降水強(qiáng)度和雨量計(jì)測(cè)量降水量之間存在非線性關(guān)系[4,11-12]。為了減小此機(jī)械誤差對(duì)降水觀測(cè)的影響，通常采用動(dòng)態(tài)率定方法[13-15]來(lái)確定雨量計(jì)率定曲線，并對(duì)雨量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，將雨量計(jì)的計(jì)量誤差控制在±4%以內(nèi)，從而減弱降水強(qiáng)度對(duì)雨量計(jì)翻斗機(jī)械誤差的影響，提高觀測(cè)精度。

另一種減小雨量計(jì)機(jī)械誤差的方式為利用雙層翻斗式雨量計(jì)(DTBR)。DTBR已在氣象觀測(cè)站中得到廣泛應(yīng)用，并取得了較好的效果[16-17]。DTBR具有上下兩層翻斗以及中間漏斗，上層翻斗承接集雨器收集的雨水，達(dá)到翻轉(zhuǎn)條件時(shí)將雨水翻入中間漏斗，而后中間漏斗將雨水注入下層計(jì)量翻斗。上層翻斗和中間漏斗相結(jié)合，起到調(diào)節(jié)降水強(qiáng)度的作用，使得下層計(jì)量翻斗始終接收較為穩(wěn)定的流量[18-19]。因此，理論上DTBR只需要進(jìn)行單一降水強(qiáng)度的標(biāo)定便可將機(jī)械誤差穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)，以提高雨量計(jì)的測(cè)量精度。

已有學(xué)者對(duì)DTBR開(kāi)展了研究。例如：Stagnaro等[20]對(duì)比分析了單層TBR和SL3-1型DTBR的室內(nèi)測(cè)量誤差，發(fā)現(xiàn)SL3-1型DTBR總存在負(fù)誤差，但在高降水強(qiáng)度下誤差特性較好；李薛剛等[21]對(duì)比了國(guó)內(nèi)主要的8種雨量計(jì)，發(fā)現(xiàn)SL3-1型DTBR的計(jì)量穩(wěn)定性較好；李銳鋒等[17]對(duì)DTBR翻斗的協(xié)調(diào)性誤差進(jìn)行了分析，認(rèn)為DTBR的上層翻斗承水量必須在合理區(qū)間，才可避免由于上層翻斗的水量損失而導(dǎo)致的實(shí)測(cè)降水量偏小的問(wèn)題。但上述研究通常停留在分析比對(duì)DTBR的誤差特性以及如何消除DTBR設(shè)備故障等，缺乏對(duì)翻斗翻轉(zhuǎn)特性，特別是上層翻斗和中間漏斗對(duì)調(diào)節(jié)降水強(qiáng)度作用機(jī)理的詳盡分析，也無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)得知中間漏斗出流過(guò)程特征。因此，本文采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，通過(guò)動(dòng)網(wǎng)格和多相流流體體積(volume of fluid，VOF)模型模擬技術(shù)精細(xì)化探究上層翻斗和中間漏斗調(diào)節(jié)降水強(qiáng)度的作用，以及中間漏斗的出流特征，并根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化DTBR的設(shè)計(jì)，以期提高降雨測(cè)量精度。

1 材料與方法

1.1 DTBR結(jié)構(gòu)

目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用較廣的DTBR為上海儀器制造廠生產(chǎn)的SL3-1型DTBR，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在DTBR結(jié)構(gòu)中，上層翻斗在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中不進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量，它和中間漏斗組合起來(lái)調(diào)節(jié)降水強(qiáng)度：在集雨器收集降水后，首先注入上層翻斗，當(dāng)水量達(dá)到上層翻斗翻轉(zhuǎn)條件時(shí)，雨水被翻入中間漏斗，而后中間漏斗將雨水注入下層翻斗，由下層翻斗進(jìn)行雨量計(jì)數(shù)測(cè)量。在此過(guò)程中下層翻斗始終只接收中間漏斗的雨水，比自然降雨中間漏斗的出流量更穩(wěn)定，因此，下層翻斗不受自然狀態(tài)降水強(qiáng)度變化的影響，降低了不同降水強(qiáng)度帶來(lái)的雨量計(jì)機(jī)械誤差變化的影響。

圖1 SL3-1型DTBR的結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 率定試驗(yàn)及模擬參數(shù)的獲取和設(shè)置

采用由蠕動(dòng)泵、電子天平、高速攝像設(shè)備和控制電腦組成的雨量計(jì)自動(dòng)率定系統(tǒng)[22-23](圖2)進(jìn)行雨量計(jì)相關(guān)試驗(yàn)。在控制電腦中編制相關(guān)程序操控蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，以模擬不同降水強(qiáng)度。為達(dá)到模擬降水強(qiáng)度的精度，試驗(yàn)中使用了小流量泵(Kamoer，1～150 mL/min)和大流量泵(1～352 mL/min)相結(jié)合的方式進(jìn)行供水，采用電子天平(賽多利斯，分辨率1 ms)對(duì)中間漏斗出水量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量(通過(guò)軟管將水引出中間漏斗的方式進(jìn)行測(cè)量)。在捕捉上層翻斗的翻動(dòng)過(guò)程中，高速攝像裝置可捕捉每秒120幀的DTBR上層翻斗的翻動(dòng)過(guò)程，并統(tǒng)計(jì)得到其左右斗從啟動(dòng)到水平、從水平到停止的幀數(shù)，并由幀數(shù)推算翻斗翻轉(zhuǎn)所需要的時(shí)間。本研究所用的雨量計(jì)已經(jīng)進(jìn)行了率定試驗(yàn)及調(diào)整，選擇0.1 mm/min、0.4 mm/min、1 mm/min、2 mm/min和4 mm/min的降水強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)得到不同降水強(qiáng)度下翻斗翻轉(zhuǎn)的幀數(shù)及其平均值。平均幀數(shù)可為數(shù)值模擬中用戶自定義函數(shù)(UDF)的編寫(xiě)提供依據(jù)，從而進(jìn)行翻斗翻轉(zhuǎn)的流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究。

1—電子天平；2—水源箱；3—雙層翻斗式雨量計(jì)；4—透明導(dǎo)水軟管；5—電子計(jì)數(shù)器；6—控制電腦；7—高速攝像機(jī)；8—小蠕動(dòng)泵；9—大蠕動(dòng)泵

1.3 建模與網(wǎng)格劃分

在數(shù)值模擬研究中，首先依據(jù)DTBR翻斗以及中間漏斗的實(shí)際尺寸(圖3)，建立了SL3-1型DTBR上層翻斗和中間漏斗的三維模型(圖4(a))。

圖3 DTBR上層翻斗和中間漏斗的模型尺寸(單位：mm)

圖4 DTBR上層翻斗和中間漏斗的三維模型和劃分后的網(wǎng)格

為模擬翻斗的翻轉(zhuǎn)過(guò)程，在綜合對(duì)比旋轉(zhuǎn)機(jī)械通常使用的滑移網(wǎng)格、動(dòng)參考系模型、動(dòng)網(wǎng)格等模擬機(jī)械結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的方法后，采用動(dòng)網(wǎng)格模型對(duì)本研究的流體計(jì)算域網(wǎng)格進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，模擬翻斗邊界隨時(shí)間改變而引起的流場(chǎng)變化。對(duì)于翻斗的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，則通過(guò)在試驗(yàn)中高速攝像機(jī)得到的翻斗從啟動(dòng)到水平以及從水平到停止的時(shí)間，編寫(xiě)相應(yīng)的UDF進(jìn)行控制。在對(duì)流體空間域進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，由于使用動(dòng)網(wǎng)格方法，且模型本身較為復(fù)雜，因此初始網(wǎng)格和實(shí)時(shí)更新的網(wǎng)格均使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)計(jì)算域進(jìn)行離散。初始網(wǎng)格如圖4(b)所示，初始以及更新后網(wǎng)格的質(zhì)量檢驗(yàn)主要由網(wǎng)格扭曲度參數(shù)完成，初始網(wǎng)格扭曲度為0.76(網(wǎng)格扭曲度小于0.9的網(wǎng)格是進(jìn)行較好流體模擬的前提，且扭曲度越小越好[24])。在使用動(dòng)網(wǎng)格模型對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行更新時(shí)，為保證網(wǎng)格質(zhì)量，模型參數(shù)使用彈性光順?lè)?、層鋪法和局部重?gòu)法進(jìn)行網(wǎng)格實(shí)時(shí)更新，其中彈性光順?lè)ㄔO(shè)定擴(kuò)散系數(shù)為1.5[24]，局部重構(gòu)法中最大網(wǎng)格扭曲度設(shè)置為0.81，網(wǎng)格更新間隔為5步長(zhǎng)。計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬計(jì)算的模型基礎(chǔ)為不可壓縮Navier-Stokes方程，使用VOF模型模擬水和空氣兩相流的運(yùn)動(dòng)。Aydin等[25]使用VOF模型模擬了水槽虹吸過(guò)程，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，顯示VOF在虹吸數(shù)值模擬與試驗(yàn)有較好的一致性。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)試驗(yàn)得到的翻斗翻轉(zhuǎn)視頻(每秒120幀)，可得出翻斗從啟動(dòng)到水平位置所需的時(shí)間(幀數(shù))遠(yuǎn)大于翻斗從水平到停止所需的時(shí)間。因此，為精確獲取DTBR上層翻斗的左右斗在翻轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)特征，利用固定在屏幕上的直尺判斷翻斗的啟動(dòng)幀、到達(dá)水平的幀數(shù)以及停止幀，統(tǒng)計(jì)得到左右斗翻轉(zhuǎn)時(shí)的幀數(shù)(表1)。從表1可知，在1 mm/min降水強(qiáng)度下，左斗從啟動(dòng)到水平平均需要32.6幀，時(shí)間為0.270 s，從水平到停止平均需要6.2幀，時(shí)間為0.050 s；右斗從啟動(dòng)到水平平均需要33.8幀，所需時(shí)間為0.280 s，從水平到靜止平均需要6.6幀，時(shí)間為0.055 s。其結(jié)果可為數(shù)值模擬中編寫(xiě)翻斗運(yùn)動(dòng)的UDF文件提供很好的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，并通過(guò)此UDF文件控制并模擬不同降水強(qiáng)度下翻斗翻轉(zhuǎn)時(shí)間以及轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。

表1 上層翻斗的左右斗從啟動(dòng)到水平和從水平到停止所需的幀數(shù)

DTBR由于翻斗在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，雨量持續(xù)注入翻斗，使得附加水量隨著降水強(qiáng)度的增大而增大(機(jī)械誤差增大)所導(dǎo)致的。另外，由于中間漏斗的出流過(guò)程很快(1～2 s)，即使是精度和響應(yīng)度很高的天平(本研究使用響應(yīng)時(shí)間為1 ms的天平)也無(wú)法呈現(xiàn)中間漏斗的詳細(xì)出水過(guò)程。因此可利用CFD優(yōu)勢(shì)，精細(xì)化模擬探究上層翻斗翻轉(zhuǎn)過(guò)程，詳盡分析中間漏斗的出流特征，以及DTBR對(duì)減小計(jì)量誤差的作用機(jī)理，本研究考慮到數(shù)值模擬的時(shí)效性問(wèn)題，暫使用1 mm/min、2 mm/min和4 mm/min降水強(qiáng)度下的模擬結(jié)果進(jìn)行分析和對(duì)比。

2.2 模擬結(jié)果與分析

2.2.1翻斗翻轉(zhuǎn)過(guò)程模擬

DTBR上層翻斗在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中將降水翻入中間漏斗，降水強(qiáng)度為4 mm/min時(shí)翻斗翻轉(zhuǎn)過(guò)程的數(shù)值模擬結(jié)果如圖5所示，圖中白色(透明)代表空氣，藍(lán)色代表水，由圖5可知，在t=0 s的初始狀態(tài)，翻斗處于水平位置，在計(jì)算開(kāi)始后，翻斗向左翻轉(zhuǎn)，右斗開(kāi)始承接水；當(dāng)t=1.86 s時(shí)，右斗達(dá)到翻動(dòng)狀態(tài)并開(kāi)始翻轉(zhuǎn)；t=2.14 s后翻斗中水全部翻入中間漏斗；t=4.10 s時(shí)，左斗結(jié)束翻轉(zhuǎn)過(guò)程，右斗開(kāi)始承接水。通過(guò)圖中流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可看出，翻斗將水翻入中間漏斗后，由于具有較大的動(dòng)能，水在中間漏斗中會(huì)產(chǎn)生左右晃動(dòng)，造成中間漏斗出流過(guò)程的流量存在不穩(wěn)定的狀態(tài)。由圖5(f)可得知翻斗在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)機(jī)械誤差的來(lái)源：水持續(xù)注入翻斗，但翻斗繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，而在此時(shí)間段內(nèi)由于不同降水強(qiáng)度下注入翻斗的水量不同，即在高降水強(qiáng)度下注入翻斗的水量較大，但在低降水強(qiáng)度下注入翻斗的水量則較少，造成雨量計(jì)的計(jì)量產(chǎn)生偏差。SL3-1型DTBR的原理是利用上層翻斗和中間漏斗，通過(guò)中間漏斗穩(wěn)定降水強(qiáng)度的調(diào)節(jié)作用，使得注入下層計(jì)量翻斗的等效降水強(qiáng)度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。

圖5 4 mm/min降水強(qiáng)度時(shí)上層翻斗翻轉(zhuǎn)并注入中間漏斗的過(guò)程

2.2.2中間漏斗出水過(guò)程

圖6給出了不同降水強(qiáng)度下上層翻斗翻轉(zhuǎn)4次時(shí)中間漏斗的出流過(guò)程。由圖6可知，在上層翻斗翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，中間集水漏斗在一定程度上可穩(wěn)定自然降水強(qiáng)度，而后注入下層翻斗，進(jìn)而降低降水強(qiáng)度對(duì)計(jì)量誤差的影響。中間漏斗出流過(guò)程存在很大的波動(dòng)性。在第一次出流過(guò)程中(以1 mm/min降水強(qiáng)度為例)，隨著上層翻斗內(nèi)的水開(kāi)始注入中間漏斗，出流量逐漸增大，約0.7 s后達(dá)到峰值2.1g/s左右，即4.01 mm/min的等效降水強(qiáng)度，之后隨著集水漏斗內(nèi)水量的減少，波動(dòng)呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，最終變?yōu)?。為得到更為直觀的出流過(guò)程，將出流曲線進(jìn)行平滑。由平滑曲線可知，在每次上層翻斗的水注入中間漏斗后，中間漏斗的出流過(guò)程有類(lèi)似“金字塔”形的震蕩增大再減小的趨勢(shì)，這與我們通常認(rèn)知的平穩(wěn)的出流過(guò)程有所不同。通過(guò)圖6(a)(b)(c)的橫向?qū)Ρ瓤芍?，? mm/min和2 mm/min降水強(qiáng)度下，中間漏斗的第1次和第3次(即相同的右斗翻一次水)，第2次和第4次(即相同的左斗翻一次水)的出流過(guò)程基本一致，但在4 mm/min降水強(qiáng)度下則存在一定的差別，這可能是由于在4 mm/min降水強(qiáng)度下，在上層翻斗將第二次水翻入中間漏斗時(shí)，此時(shí)中間漏斗內(nèi)的水還沒(méi)有完全流出，造成相同的左、右斗兩次的出流過(guò)程不一致。

圖6 不同降水強(qiáng)度下上層翻斗翻轉(zhuǎn)4次中間集水漏斗的出流過(guò)程

出流過(guò)程呈現(xiàn)波動(dòng)(震蕩)變化的主要原因?yàn)?，翻斗中的水在剛翻入中間集水漏斗時(shí)，存在較大的動(dòng)能，從而引起流體在集水漏斗中左右晃動(dòng)(如圖5(c)(d)所示)，導(dǎo)致中間漏斗的出流存在震蕩現(xiàn)象。對(duì)比圖6(a)(b)(c)可知，出流過(guò)程主要在峰值附近波動(dòng)最大，因此對(duì)不同降水強(qiáng)度下中間漏斗中的出流過(guò)程曲線中大于0.5/s的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2)，可在一定程度上反映中間集水漏斗流出過(guò)程的變化情況。

表2 不同降水強(qiáng)度下中間漏斗出流過(guò)程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表2可知，上層翻斗和中間漏斗穩(wěn)定降水強(qiáng)度的作用在不同降水強(qiáng)度下表現(xiàn)不同，在4 mm/min降水強(qiáng)度下，樣本方差和離差系數(shù)最小，為0.16和0.41，而在1 mm/min時(shí)則達(dá)到0.24和0.48，且降水強(qiáng)度從1 mm/min變化到4 mm/min，樣本方差和離差系數(shù)呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，說(shuō)明高降水強(qiáng)度下SL3-1型DTBR穩(wěn)定降水強(qiáng)度的效果可能要優(yōu)于低降水強(qiáng)度。此處可考慮用均值來(lái)代表上層翻斗和中間漏斗穩(wěn)定后的降水強(qiáng)度，在4 mm/min降水強(qiáng)度下，中間漏斗的出水量的均值為1.01 g/s，可等效1.93 mm/min降水強(qiáng)度，綜合3種降水強(qiáng)度下的均值表現(xiàn)，中間漏斗可使降水強(qiáng)度穩(wěn)定在1 g/s(等效1.91 mm/min降水強(qiáng)度)左右。因此在未來(lái)的DTBR標(biāo)定中，可考慮只對(duì)下層的計(jì)量翻斗進(jìn)行1.91 mm/min降水強(qiáng)度下的標(biāo)定，即可滿足DTBR的計(jì)量要求。

SL3-1型DTBR在高降水強(qiáng)度下的計(jì)量效果較好，這與利用DTBR自動(dòng)率定系統(tǒng)所進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果相吻合[21]。試驗(yàn)中4 mm/min降水強(qiáng)度下SL3-1型DTBR的總誤差可穩(wěn)定在±4%以內(nèi)(圖7)，且總誤差的穩(wěn)定性和重復(fù)性遠(yuǎn)優(yōu)于低降水強(qiáng)度下的試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)表2以及圖7的分析結(jié)果便可解釋試驗(yàn)中SL3-1型DTBR的計(jì)量總誤差隨降水強(qiáng)度增大而減小的現(xiàn)象。

圖7 不同降水強(qiáng)度下SL3-1型DTBR的誤差特性曲線

2.2.3提高DTBR計(jì)量精度的探討分析

上層翻斗的水在翻入中間漏斗后，由于存在較大的動(dòng)能，因此也伴隨著更大范圍的湍流。湍動(dòng)能是湍流速度漲落方差與流體質(zhì)量乘積的1/2(單位質(zhì)量的湍動(dòng)能)，能反映流體的湍流脈動(dòng)程度。圖8截取了翻斗翻轉(zhuǎn)一次時(shí)，計(jì)算域(中間漏斗)內(nèi)流體的湍動(dòng)能的分布情況。由圖8可知，水在剛注入中間漏斗時(shí)，隨著流體接觸到中間漏斗的壁面，產(chǎn)生較大的湍動(dòng)能，最大可達(dá)0.3 m2/s2。之后由于此時(shí)流體的動(dòng)能較大，造成水在中間漏斗中呈現(xiàn)左右晃動(dòng)，產(chǎn)生圖5所示的中間漏斗出流震蕩現(xiàn)象。同時(shí)隨著水在中間漏斗的左右晃動(dòng)的消能過(guò)程，湍動(dòng)能也隨之減小(如圖8(d)(e)所示)。

圖8 2 mm/min降水強(qiáng)度下計(jì)算域中流體湍動(dòng)能的分布

中間漏斗出水過(guò)程存在震蕩，這與通常認(rèn)知的穩(wěn)定出流過(guò)程不同。由上述分析可知，減小此震蕩過(guò)程的方法之一是降低水在翻入中間漏斗時(shí)的動(dòng)能。可考慮降低上層翻斗中軸的高度，縮短翻斗與中間漏斗之間的距離(定義此距離為d)，降低水在翻入中間漏斗過(guò)程中的動(dòng)能，從而減小中間漏斗的出流波動(dòng)，進(jìn)而增加下層翻斗的計(jì)量精度。進(jìn)一步利用CFD模擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)d值減小2.5 mm、5.0 mm、7.5 mm和10.0 mm的情況進(jìn)行重復(fù)模擬，并對(duì)中間漏斗的出水過(guò)程(出流量≥0.5 g/s)進(jìn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)(表3)。由于離差系數(shù)反映了變量概率分布函數(shù)的離散程度，可作為判別中間漏斗出流過(guò)程穩(wěn)定性的參數(shù)。離差系數(shù)越小說(shuō)明出流過(guò)程的震蕩越小。通過(guò)對(duì)比分析后確定d值，可為DTBR的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

表3 4 mm/min降水強(qiáng)度下d不同減小量對(duì)應(yīng)的中間漏斗出流量統(tǒng)計(jì)

由表3可知，隨著d的減小，中間漏斗出流過(guò)程的離差系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)d減小量為5 mm時(shí)，離差系數(shù)降為0.37；d繼續(xù)減小，方差、中位數(shù)以及離差系數(shù)都呈增大趨勢(shì)。說(shuō)明上層翻斗與中間漏斗的距離不能一直減小，需要控制在合理的范圍內(nèi)。可考慮在進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證后，將減小量5 mm作為DTBR優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

3 結(jié) 論

a.DTBR上層翻斗和中間漏斗對(duì)自然降水強(qiáng)度的穩(wěn)定作用在高降水強(qiáng)度下效果明顯。1 mm/min、2 mm/min和4 mm/min降水強(qiáng)度的模擬結(jié)果顯示，中間漏斗穩(wěn)定的流量均在1 g/s(等效1.91 mm/min降水強(qiáng)度)左右，因此，在DTBR標(biāo)定中，可考慮只對(duì)下層的計(jì)量翻斗進(jìn)行1.91 mm/min降水強(qiáng)度的標(biāo)定，即可滿足DTBR對(duì)計(jì)量精度的要求。

b.中間漏斗的出流過(guò)程不是通常認(rèn)知的平緩減小過(guò)程，而是存在震蕩的先增大后減小的過(guò)程，最大出流量可達(dá)2g/s左右，這是由于上層翻斗中的水翻入中間漏斗后存在較大的動(dòng)能，需要在中間漏斗中消耗這部分動(dòng)能，使得水在中間漏斗中出現(xiàn)晃動(dòng)所致。

d.降低上層翻斗中軸的高度可減小注入中間漏斗后水的動(dòng)能，當(dāng)d減小5 mm時(shí)，中間漏斗出流過(guò)程的中位數(shù)、方差以及離差系數(shù)均比原結(jié)構(gòu)的值小，但隨著d的減小，中間漏斗出流量的方差、離差系數(shù)以及出流曲線的不穩(wěn)定性呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。因此在DTBR設(shè)計(jì)中，可考慮縮短上層翻斗與中間漏斗之間的距離，優(yōu)化DTBR的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高計(jì)量精度。