黃樂(lè)琦，馮國(guó)華

（1.廣西沿海水文中心東興水文中心站，廣西 東興 538000；2.北京金水燕禹科技有限公司，北京 100000）

1 儀器原理及工作方法

1.1 JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)

JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)由承雨器部件和計(jì)量部件等組成。雨水由最上端的承雨口進(jìn)入承水器，落入引水漏斗，經(jīng)漏斗口流入翻斗，當(dāng)翻斗內(nèi)的水量達(dá)到15.71 g（或mL）時(shí)，翻斗失去平衡翻倒將水倒出，隨著降雨持續(xù)，將使翻斗左右翻轉(zhuǎn)，接觸開關(guān)將翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)變成電信號(hào)，送到記錄器，在累積計(jì)數(shù)器和自記鐘上讀出降水資料，如此往復(fù)即可將降雨過(guò)程測(cè)量下來(lái)。

主要技術(shù)指標(biāo)：承雨口內(nèi)徑為Φ200 mm；儀器分辨率為0.5 mm；降雨強(qiáng)度測(cè)量范圍為0.01～4 mm/min；翻斗計(jì)量誤差為≤±4%；輸出信號(hào)方式為磁鋼-干簧管式接點(diǎn)開關(guān)通斷信號(hào)；接點(diǎn)工作次數(shù)為1×107次；工作環(huán)境溫度范圍為-10℃～+50℃。

1.2 HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計(jì)

HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計(jì)是專門為蒸發(fā)系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)。雨量計(jì)在測(cè)量時(shí)，電路單元產(chǎn)生電流脈沖，該脈沖沿著磁致伸縮線向下傳輸，并產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形的磁場(chǎng)，探測(cè)桿外配有浮子，浮子沿探測(cè)桿隨液位的變化而上下移動(dòng)。由于浮子內(nèi)裝有一組永磁鐵，所以浮子同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，當(dāng)電流磁場(chǎng)與浮子磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)“扭曲”脈沖，或稱“返回”脈沖。將“返回”脈沖與電流脈沖的時(shí)間差轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，從而計(jì)算出浮子的實(shí)際位置，測(cè)得液位，通過(guò)液位的變化計(jì)算得出雨量多少。

主要技術(shù)指標(biāo)：承雨口內(nèi)徑為Φ200 mm；雨量測(cè)量分辨率為0.015 mm；雨量測(cè)量精度為≤±0.1 mm；雨強(qiáng)測(cè)量范圍為0～17 mm/min；自動(dòng)控制功能有自動(dòng)補(bǔ)水和自動(dòng)排水；通信距離為RTU無(wú)線傳輸；電源電壓為12VDC（±15%），不允許采用市電降壓供電，防止雷電損壞；太陽(yáng)能電池系統(tǒng)為12 V/DC 105A/h，與蒸發(fā)器共用電瓶；環(huán)境溫度范圍為0℃～+55℃；儲(chǔ)存溫度范圍為-10℃～+60℃。

2 對(duì)比分析

2.1 測(cè)站基本情況

東興水文站觀測(cè)場(chǎng)有3個(gè)雨量計(jì)，分別為JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)、HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計(jì)與人工雨量計(jì)，3個(gè)雨量計(jì)安裝成一列，雨量計(jì)間距為2 m。

2.2 資料的選用與要求

采用2020年?yáng)|興水文站全年雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)兩種自記雨量計(jì)雨量值相差過(guò)大的，同時(shí)參考人工觀測(cè)雨量值。試驗(yàn)過(guò)程中，兩種自記雨量計(jì)都有發(fā)生故障，有些故障未能及時(shí)排除，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可信，對(duì)于故障期間的數(shù)據(jù)不予以采用。

2.3 資料分析

東興水文站整編數(shù)據(jù)采用JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)自記值，按《降水量觀測(cè)規(guī)范》（SL 21-2015）中關(guān)于測(cè)量精度的要求，用該型號(hào)的雨量值作為測(cè)量真值，HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計(jì)雨量值為測(cè)量值，用相對(duì)誤差來(lái)評(píng)價(jià)資料的合格率，計(jì)算公式為：

式中：δ為相對(duì)誤差，%；WH為HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計(jì)記錄的雨量；WJ為JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)記錄的雨量。相對(duì)誤差δ在±4%范圍內(nèi)為合格[1]。

2.3.1 月降雨量分析

對(duì)2020年月降雨量進(jìn)行分析，12個(gè)月降雨測(cè)量值均為有效值，有效樣本12個(gè)，相對(duì)誤差在±4%范圍內(nèi)的有11個(gè)，樣本合格率達(dá)91.67%。2020年兩種雨量計(jì)月降雨測(cè)量誤差分析見(jiàn)表1。

表1 兩種雨量計(jì)月降雨測(cè)量誤差分析

2.3.2 不同雨量級(jí)降雨量分析

對(duì)2020年不同雨量級(jí)降雨總量進(jìn)行分析，分為3類：小雨（24 h降雨量小于10 mm），中到大雨（24 h降雨量10～50 mm），暴雨及以上（24 h降雨量大于50 mm）。不同降雨量級(jí)兩種雨量計(jì)測(cè)量誤差分析見(jiàn)表2。由表2可以看出，小雨樣本數(shù)最多，中到大雨次之，暴雨及以上最少，3個(gè)總量相對(duì)誤差都在±4%范圍內(nèi)，合格率達(dá)100%。

表2 不同降雨量級(jí)兩種雨量計(jì)測(cè)量誤差分析

2.3.3 日降雨量分析

對(duì)兩種雨量計(jì)自記的日降雨量進(jìn)行線性分析（見(jiàn)圖1），得到其線性回歸方式為y=0.9 759x+0.0 408，相關(guān)系數(shù)R2為0.9 984，表明兩者擬合度高、相關(guān)性好。

圖1 兩種雨量計(jì)日降雨量線性分析

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)兩種自記雨量計(jì)2020年記錄的雨量值進(jìn)行分析，結(jié)果表明：兩種雨量計(jì)降雨測(cè)量值擬合度高、相關(guān)性好，相對(duì)誤差在允許誤差范圍內(nèi)；HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計(jì)分辨率較高，記錄的雨量總值比JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)記錄的雨量總值大，更能反映實(shí)際的降雨過(guò)程。