舊州水文站自動測報與人工觀測降水量對比分析

余 敏

（云南省水文水資源局大理分局，云南 大理 671000）

0 引言

舊州水文站位于云南省大理州云龍縣舊州鎮(zhèn)馬家村，東經(jīng)99°13′，北緯 25°47′。該站于 1954年2月由云南省農(nóng)業(yè)廳水利局設(shè)立。流域面積88051km2，是瀾滄江流域瀾滄江干流控制站，屬國家重要水文站和中央報汛站?，F(xiàn)有測驗項目：降水量、蒸發(fā)量、水溫、岸溫、水位、流量、泥沙、水質(zhì)等，2006年3月進行了自動測報建設(shè)，雨量傳感器使用 JDZ05-1型翻斗式雨量計，翻斗式雨量計具有節(jié)省人力、記數(shù)準確、錯誤率低等特點，還大大減輕了基層測站水文工作者的工作強度，達到自動報汛要求，提高了信息采集時效。普通雨量計安裝于本站觀測場內(nèi)，地面高程 1295.23m；JDZ05-1型翻斗式雨量計安裝于站房頂，高程 1231.28m；2個雨量計相距33m，并于 2006～2010年與普通式雨量計進行了 4年平行對比觀測。

舊州水文站水文自動測報系統(tǒng)采用了 YAC9900型多路徑遙測終端，主要由水位計、雨量傳感器、數(shù)據(jù)采集終端（RTU）、數(shù)據(jù)傳輸信道、通信設(shè)備組成。能實現(xiàn)雨量、水位信息的自動采集、存貯，并通過通信信道實時、定時自動傳送至中心站，實現(xiàn)“少人看管、無人值守”的管理模式。利用接口軟件將終端機內(nèi)數(shù)據(jù)導(dǎo)成南方片區(qū)整編格式，進行在線整編。水文自動測報系統(tǒng)提高了水文信息傳遞的速度和可靠性，提高了工作效率，因而被越來越多的防汛部門所采用。

1 翻斗式雨量計和普通式雨量計使用原理

1.1 翻斗式雨量計

JDZ05-1型翻斗式雨量計是以承雨口、接水器、翻斗等部件組成，由翻斗交替翻轉(zhuǎn)的次數(shù)通過傳輸，再由 RTU 計量雨量。它是種自動測量、采集、存儲、傳輸降水資料的先進儀器。它的主要技術(shù)指標是：工作溫度為 -20～+55℃；適宜雨強范圍為 0.01～4.00mm/min ；翻斗計量誤差小于 ±4%，儀器分辨率為 0.5mm。

1.2 普通式雨量計

普通式雨量計是較為簡單的雨量測量儀器，它由承雨口、接水器、漏水口、蓄水器組成，采集降水量方法是由承雨口接到雨水，通過接水器、漏水口直接進入蓄水器，再由人工測量記載雨量。它的優(yōu)點是：不通過任何的傳輸和轉(zhuǎn)換，所采集的雨量較為接近天然降水，不需要人守侯，它的缺點是受蒸發(fā)及人為的測計誤差影響較大。

2 比觀測分析

2.1 月降水量統(tǒng)計分析

為了對2種觀測儀器進行比較分析，選取舊州水文站 2009年翻斗式雨量計與普通式雨量計平行觀測的 1～12月份月降水量進行誤差分析。

2009年舊州水文站自動測報降水量與人工觀測降水量對比分析如表1所示，以人工觀測降水量為標準，將自動測報降水量與之計算的相對誤差進行比較， 其年降水計量誤差僅為 0.4%，有8個月降水計量誤差在 ±4% 以內(nèi)。2009年自動測報與人工觀測月降水量對照如圖1所示，2009年各月自動測報與人工觀測降水量距平圖如圖2所示。

表1 2009年舊州水文站自動測報降水量與人工觀測降水量對比分析表

圖1 2009年自動測報與人工觀測月降水量對照

2.2 日降水量統(tǒng)計分析

1）舊州水文站 2009年自動測報降水日數(shù)87天，人工觀測降水日數(shù)107天，因為本站使用的翻斗式雨量計分辨率為 0.5mm，而本站 2009年共有22天日降水量小于 0.5mm。

圖2 2009年各月自動測報與人工觀測降水量距平圖

2）通過對舊州水文站 2009年自動測報日降水與人工觀測日降水進行列表對比分析（略），統(tǒng)計結(jié)果以人工觀測降水量為標準，系統(tǒng)最大偏多100%，最小偏差為零-0.1%。

3）通過舊州水文站 2009年自動測報最大日降水與人工觀測最大日降水誤差分析，最大日雨量系統(tǒng)偏大 2.3%。

3 雨量誤差原因分析

由 JDZ05-1翻斗式雨量計與普通雨量計 2009年報降水量對比觀測結(jié)果分析看，舊州水文站對比誤差 <4% ，年降水天數(shù)相差20天，年最大 1日降水量誤差在規(guī)定的允許范圍。 誤差分析如下：

1）JDZ05-1型翻斗式雨量計。影響降水量測量數(shù)據(jù)誤差的根本原因主要是儀器本身，翻斗式雨量計的2個翻斗是測量降水量準確性的重要環(huán)節(jié)。a）由于儀器本身水平狀態(tài)未調(diào)整好，會使翻斗處于非正常平衡狀態(tài)，造成系統(tǒng)偏大或偏??；b）控制2個漏斗底部的旋轉(zhuǎn)螺釘偏低或偏高造成降水觀測值偏大或偏??；c）翻斗內(nèi)有灰塵或其它雜物沉積后，會增加翻斗的重量而提前翻轉(zhuǎn)，使測得的雨量偏大。d）翻斗的翻轉(zhuǎn)需要一定的時間，在其翻斗翻轉(zhuǎn)的過程中，會有額外的雨水流入已經(jīng)容納規(guī)定雨量的斗內(nèi)使觀測值偏小，在降雨強度較大時，這一誤差是十分明顯的；e）正好到時段和日分界時的雨量應(yīng)該是上一時段或者是上一日的量，在分界線時翻斗沒有翻轉(zhuǎn)所以雨量值記到下一時段，這也是造成雨量觀測數(shù)據(jù)偏大或偏小的主要原因；f）本站翻斗式雨量計分辨率為 0.5mm，如降水量不為 0.5的倍數(shù)時，其誤差可能偏大或偏??；g）安裝位置及高程與普通雨量計不一致，誤差可能偏大或偏小。

2）普通雨量計。影響降雨量誤差的主要原因：a）蒸發(fā)是造成降水觀測值偏小主要的原因，蒸發(fā)量的大小與降水過程時間的長短有密切的關(guān)系，降水時間長或者降水后沒有及時測計雨量，所造成的蒸發(fā)誤差十分的明顯。而前者的這種誤差是無法消除的；b）人工觀測可造成的水量流失、水量貼附在蓄水器側(cè)面上所造成的降水量偏小及人工觀測出現(xiàn)系統(tǒng)誤差等；c）與自動測報降水觀測時間不同步。

通過以上分析，從2種儀器對比誤差考慮，JDZ05-1翻斗式雨量計性能可靠，測量結(jié)果滿足了報汛和資料整編要求。

4 結(jié)語

JDZ05-1型翻斗式雨量計安裝方便、操作簡單、易于管理和維護，提高了工作效率，降低了勞動強度，避免了其他各種類型的雨量計，在運行中所造成的儀器本身誤差，以及人工摘錄的雨量資料誤差等，JDZ05-1型翻斗式雨量計采集的數(shù)據(jù)可通過整編軟件進行年終測驗資料整編，經(jīng)過舊州水文站多年實踐證明，導(dǎo)入的數(shù)據(jù)與觀測值相比誤差較小，無數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，提高了測驗整編精度。從舊州水文站使用自動測報系統(tǒng)幾年運行情況來看，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，故障率低，安全性好，在使用過程做好設(shè)備的檢查與維護，定期更換電池，注意翻斗內(nèi)部清潔等，保正設(shè)備運行正常，就不會出現(xiàn)缺測、漏測現(xiàn)象，可以保證資料質(zhì)量精度。舊州水文站從2008年起將自動測報降水資料直接應(yīng)用于電算整編，整編的精度達到了所規(guī)定要求?？傊琂DZ05-1型翻斗式雨量計的使用，實現(xiàn)了降水資料的測、報、整、控一體化，為水文自動化的快速、持續(xù)、健康發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。

[1] 水利部.SL61-2003，水情自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版局，2003.

[2] 姚永熙.水文儀器與水利水文自動化[M].南京：河海大學(xué)出版社，2001.