旧州水文站自动测报与人工观测降水量对比分析

余 敏

（云南省水文水资源局大理分局，云南 大理 671000）

0 引言

旧州水文站位于云南省大理州云龙县旧州镇马家村，东经99°13′，北纬 25°47′。该站于 1954年2月由云南省农业厅水利局设立。流域面积88051km2，是澜沧江流域澜沧江干流控制站，属国家重要水文站和中央报汛站。现有测验项目：降水量、蒸发量、水温、岸温、水位、流量、泥沙、水质等，2006年3月进行了自动测报建设，雨量传感器使用 JDZ05-1型翻斗式雨量计，翻斗式雨量计具有节省人力、记数准确、错误率低等特点，还大大减轻了基层测站水文工作者的工作强度，达到自动报汛要求，提高了信息采集时效。普通雨量计安装于本站观测场内，地面高程 1295.23m；JDZ05-1型翻斗式雨量计安装于站房顶，高程 1231.28m；2个雨量计相距33m，并于 2006～2010年与普通式雨量计进行了 4年平行对比观测。

旧州水文站水文自动测报系统采用了 YAC9900型多路径遥测终端，主要由水位计、雨量传感器、数据采集终端（RTU）、数据传输信道、通信设备组成。能实现雨量、水位信息的自动采集、存贮，并通过通信信道实时、定时自动传送至中心站，实现“少人看管、无人值守”的管理模式。利用接口软件将终端机内数据导成南方片区整编格式，进行在线整编。水文自动测报系统提高了水文信息传递的速度和可靠性，提高了工作效率，因而被越来越多的防汛部门所采用。

1 翻斗式雨量计和普通式雨量计使用原理

1.1 翻斗式雨量计

JDZ05-1型翻斗式雨量计是以承雨口、接水器、翻斗等部件组成，由翻斗交替翻转的次数通过传输，再由 RTU 计量雨量。它是种自动测量、采集、存储、传输降水资料的先进仪器。它的主要技术指标是：工作温度为 -20～+55℃；适宜雨强范围为 0.01～4.00mm/min ；翻斗计量误差小于 ±4%，仪器分辨率为 0.5mm。

1.2 普通式雨量计

普通式雨量计是较为简单的雨量测量仪器，它由承雨口、接水器、漏水口、蓄水器组成，采集降水量方法是由承雨口接到雨水，通过接水器、漏水口直接进入蓄水器，再由人工测量记载雨量。它的优点是：不通过任何的传输和转换，所采集的雨量较为接近天然降水，不需要人守侯，它的缺点是受蒸发及人为的测计误差影响较大。

2 比观测分析

2.1 月降水量统计分析

为了对2种观测仪器进行比较分析，选取旧州水文站 2009年翻斗式雨量计与普通式雨量计平行观测的 1～12月份月降水量进行误差分析。

2009年旧州水文站自动测报降水量与人工观测降水量对比分析如表1所示，以人工观测降水量为标准，将自动测报降水量与之计算的相对误差进行比较， 其年降水计量误差仅为 0.4%，有8个月降水计量误差在 ±4% 以内。2009年自动测报与人工观测月降水量对照如图1所示，2009年各月自动测报与人工观测降水量距平图如图2所示。

表1 2009年旧州水文站自动测报降水量与人工观测降水量对比分析表

图1 2009年自动测报与人工观测月降水量对照

2.2 日降水量统计分析

1）旧州水文站 2009年自动测报降水日数87天，人工观测降水日数107天，因为本站使用的翻斗式雨量计分辨率为 0.5mm，而本站 2009年共有22天日降水量小于 0.5mm。

图2 2009年各月自动测报与人工观测降水量距平图

2）通过对旧州水文站 2009年自动测报日降水与人工观测日降水进行列表对比分析（略），统计结果以人工观测降水量为标准，系统最大偏多100%，最小偏差为零-0.1%。

3）通过旧州水文站 2009年自动测报最大日降水与人工观测最大日降水误差分析，最大日雨量系统偏大 2.3%。

3 雨量误差原因分析

由 JDZ05-1翻斗式雨量计与普通雨量计 2009年报降水量对比观测结果分析看，旧州水文站对比误差 <4% ，年降水天数相差20天，年最大 1日降水量误差在规定的允许范围。 误差分析如下：

1）JDZ05-1型翻斗式雨量计。影响降水量测量数据误差的根本原因主要是仪器本身，翻斗式雨量计的2个翻斗是测量降水量准确性的重要环节。a）由于仪器本身水平状态未调整好，会使翻斗处于非正常平衡状态，造成系统偏大或偏小；b）控制2个漏斗底部的旋转螺钉偏低或偏高造成降水观测值偏大或偏小；c）翻斗内有灰尘或其它杂物沉积后，会增加翻斗的重量而提前翻转，使测得的雨量偏大。d）翻斗的翻转需要一定的时间，在其翻斗翻转的过程中，会有额外的雨水流入已经容纳规定雨量的斗内使观测值偏小，在降雨强度较大时，这一误差是十分明显的；e）正好到时段和日分界时的雨量应该是上一时段或者是上一日的量，在分界线时翻斗没有翻转所以雨量值记到下一时段，这也是造成雨量观测数据偏大或偏小的主要原因；f）本站翻斗式雨量计分辨率为 0.5mm，如降水量不为 0.5的倍数时，其误差可能偏大或偏小；g）安装位置及高程与普通雨量计不一致，误差可能偏大或偏小。

2）普通雨量计。影响降雨量误差的主要原因：a）蒸发是造成降水观测值偏小主要的原因，蒸发量的大小与降水过程时间的长短有密切的关系，降水时间长或者降水后没有及时测计雨量，所造成的蒸发误差十分的明显。而前者的这种误差是无法消除的；b）人工观测可造成的水量流失、水量贴附在蓄水器侧面上所造成的降水量偏小及人工观测出现系统误差等；c）与自动测报降水观测时间不同步。

通过以上分析，从2种仪器对比误差考虑，JDZ05-1翻斗式雨量计性能可靠，测量结果满足了报汛和资料整编要求。

4 结语

JDZ05-1型翻斗式雨量计安装方便、操作简单、易于管理和维护，提高了工作效率，降低了劳动强度，避免了其他各种类型的雨量计，在运行中所造成的仪器本身误差，以及人工摘录的雨量资料误差等，JDZ05-1型翻斗式雨量计采集的数据可通过整编软件进行年终测验资料整编，经过旧州水文站多年实践证明，导入的数据与观测值相比误差较小，无数据丢失现象，提高了测验整编精度。从旧州水文站使用自动测报系统几年运行情况来看，数据稳定，故障率低，安全性好，在使用过程做好设备的检查与维护，定期更换电池，注意翻斗内部清洁等，保正设备运行正常，就不会出现缺测、漏测现象，可以保证资料质量精度。旧州水文站从2008年起将自动测报降水资料直接应用于电算整编，整编的精度达到了所规定要求。总之，JDZ05-1型翻斗式雨量计的使用，实现了降水资料的测、报、整、控一体化，为水文自动化的快速、持续、健康发展发挥了巨大的作用。

[1] 水利部.SL61-2003，水情自动测报系统技术规范[S].北京：中国水利水电出版局，2003.

[2] 姚永熙.水文仪器与水利水文自动化[M].南京：河海大学出版社，2001.