Hidrológiai Közlöny 2004 (84. évfolyam)
4. szám - Vasvári Vilmos: Tapasztalatok billenő-edényes csapadékmérök kalibrálásával
8 Tapasztalatok billenőedényes csapadékmérők kalibrálásával Vasvári Vilmos Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 1111. Budapest, Műegyetem rkp. 1-3 Kivonat: A Gráci Műszaki Egyetem egy hidrológiai kísérleti vízgyűjtőt üzemeltet Grác városának belterületi vízgyűjtőjén. Ezen a városi vízgyűjtőn csapadék és lefolyás adatok mérése folyik. Jelenleg hét billenőedényes csapadékmérővel történik a csapadék észlelése, összehasonlító mérések mutattak rá arra, hogy a mért és a tényleges csapadék intenzitások között jelentős eltérés mutakozik. Ez ösztönözte az intézetet a csapadékmérők rendszeres kalibrálására. Az 1990-es évek közepén kezdődött el egy terepi kalibráló készülék fejlesztése (Vasvári, 1995). Az első kalibráló berendezés tapasztalataira építve fejlesztették ki a mikroprocesszor vezérlésű kalibráló berendezést ( Bergmann el al, 2001). Azóta ezzel a berendezéssel történik a csapadékmérők kalibrálása a kísérleti vízgyűjtőn rendszeres időközökben. Ebben a dolgozatban a billenőedényes csapadékmérőkkel a gráci vízgyűjtőn szerzett tapasztalatokat és eredményeket mutatjuk be. A vizsgált műszerek közül egyes billenőedényes csapadékmérők nem a teljes mérési tartományban becsülik alul a csapadék intenzitást. A legnagyobb relatív hiba az alulbecslés tartományában a 30 %-ot meghaladja. Kulcsszavak: csapadékmérés, billenőedényes csapadékmérő, kalibrálás, terepi mérés, záporcsapadék Bevezetés A billenőedényes csapadékmérők a legnépszerűbb csapadékmérő fajták, melyeket a legtöbb vízrajzi és meteorológiai szolgálat szerte a világon használ. Az alacsony és közepes intenzitású csapadékok esetén nagy pontosság, kitűnő szerkezetű vezérlő áramkör, alkalmasság távadat-rögzítésre és megbízhatóság jellemzi a billenőedényes csapadékmérőket. Másrészről ismert, hogy a billenőedényes csapadékmérők magasabb csapadék intenzitások esetén az edény mozgása közben fellépő csapadékvíz veszteség miatt alulbecsülik a tényleges csapadékot (Marsalek, 1981). A gráci belterületi kísérleti vízgyűjtőn a csapadékmérés automatikusan regisztráló billenőedényes csapadékmérőkkel történik. A területen összesen hét csapadékmérő állomás üzemel, melyek közöl három már 1995 óta szolgáltat adatokat. A város területén lévő mérőhálózat célja, hogy az éves csapadék magasságok mellett a záporcsapadékok magasságát illetve intenzitását is kellő pontossággal méijék. Ezért fontos a csapadékmérők gondos kalibrálása, hogy mind a magas intenzitások, mind a nagyobb csapadékösszegek mérése kellően pontos legyen. Az így kapott csapadékadatok a csatornaméretezés és üzemeltetés alapjául szolgálnak. A vizsgálatok célja ellenőrző mérések, műszer-kalibrálások végrehajtása volt, hogy megállapítsuk a mért és a tényleges csapadék intenzitások közötti eltérést. Az eltérést kalibrálási görbék vagy műszerkarakterisztikák formájában ábrázoltuk. Ezeknek a görbéknek vagy a korrekciós tényezőknek a segítségével a mért értékek a tényleges értékekre átszámíthatóak. A nagy adatmennyiség miatt ez a korrekció csak szoftver segítségével hajtható végre. A billenőedényes csapadékmérő A billenőedényes csapadékmérők négy fö elemből épülnek fel: tölcsér, billenőedény, adatrögzítő és gyűjtő-edény. A tölcsér nagysága a vizsgált csapadékmérők esetében 200 cm 2 vagy 500 cm 2 a típustól függően. Ennek megfelelően a billenőedények egy-egy csészéjének a térfogata 2 cm 3 vagy 5 cm 3, ami mindkét esetben 0,1 mm csapadéknak felel meg. Az adatrögzítés idővariáns, azaz minden egyes billenés időpontja regisztrálásra kerül a memóriában. A csapdékvíz a mérést követően a gyűjtőedénybe kerül (1. ábra). A statikus és a dinamikus kalibrálás Mint a bevezetésben említettük, a kalibrálás végrehajtása során a csapadékmérővel mért és a tényleges csapadék intenzitások közötti eltérés megállapítása a cél. A kalibrálás során nem feladatunk a csapadékmérő oly módón történő beállítása, hogy a mérési hibát minden intenzitás tartományban nullára redukáljuk. Ez nem is volna lehetséges a probléma összetett, nemlineáris volta miatt. A billenőedényes csapadékmérők kalibrálásának két módszere ismeretes: a statikus és a dinamikus kalibrálás. Természetesen mindkét kalibrálási módszer előfeltétele, hogy a billenőedény padját tökéletes vízszintes helyzetbe hozzuk. A statikus kalibrálás során pl. pipettával a billenő-edény egy csészéjének megfelelő térfogatú vizet szívunk fel, majd azt lassan az egyik csészébe csepegtetjük. A billenőedénynek éppen az utolsó csepp csészébe történő érkezésekor kell kibillennie. Amennyiben ez nem áll fenn, akkor a billenőedény alatti bütykös tengely vagy csavar, melyen a billenés után a billenőedény megtámaszkodik, beállításával igyekezünk ezt elérni. A következő lépésben ugyanezt tesszük a billenőedény másik csészéjével is. A billenőedény mindkét állására gyakran nem lehetséges abszolút pontos beállítás ezzel a módszerrel, de törekednünk kell a lehető legpontosabb beállítás elérésére. Nagyon fontos a kalibrálás során, hogy a billenőedény mindkét csészéje ugyanarra a vízmennyiségre billenjen ki. Hogy a kalibrálás e módszerét pontosabban felülvizsgáljuk, minden egyes leírt beállítás után szükséges a dinamikus kalibrálás. A dinamikus kalibrálás során egy edényből meghatározott térfogatú vízmennyiséget meghatározott idő alatt engedünk át a billenőedényen (mindez történhet szivattyúval is, ahogy azt a későbbiekben látni fogjuk). Eközben az adatrögzítővel mérjük a billenések által kiváltott impulzusok számát. Ezzel együtt megállapítjuk, hogy mekkora az a vízmennyiség, amely a billenőedény utolsó billenése után a csészék egyikében visszamaradt. Ez ismét történhet pipettával (Campbell Scientific Ltd., 2000). Ezt a kalibrálási módszert módosítottuk annyiban, hogy nem egy adott vízmennyiséget engedünk át adott idő alatt a billenőedényen, hanem egy adott vízhozamot szivattyú segítségével folyatunk át a billenöedényen addig, amíg adott, egész számú billenést nem rögzítünk. Mivel a kalibráláshoz használt víz körforgásban is tartható, ezért elvileg tetszőleges ideig végezhető egy-egy kalibrálási lépés. így elkerüljük a maradék vízmennyiség mérésének szükségességét.
