YCZ-2A-101型雨量自动测报系统可靠性研究

韩正茂，鄂文锋

（吉林省水文水资源局，吉林 长春130022）

1 项目背景

为提高吉林省水文水资源局（以下简称省局）雨量数据监测、传输与存储的及时性、高效性，省局于2007年7月编制完成了《吉林省防汛雨量自动测报系统初步设计报告》，上报吉林省人民政府。由吉林省人民政府拨款完成全省394处雨量站点、9处分中心和1处省中心的升级改造工作，至2009年年底，全省完成185处雨量站、8处分中心和1处省中心的升级改造工作，并就此组织全省雨量自动测报系统的对比分析工作。

2 对比分析条件

2009年汛期，吉林省降雨明显偏少，全省平均降雨量333.8 mm，比历年同期449.9 mm少25.8%，比2008年同期少17.0%。

由北京金水燕禹科技有限公司、省局技术人员和分局技术人员共同完成全省185处雨量站的安装工作，利用预先浇筑的混泥土墩做为雨量计安装基座，按照规范对雨量计进行整平和调试，并将与之对比观测的仪器安装在同一观测场内，在一定程度上保证了对比分析数据的准确性。

以普通雨量器为对比观测仪器的站81处，以虹吸式雨量计为对比观测仪器的站52处，以翻斗式雨量计为对比观测仪器的站52处。

3 资料分析

3.1 降雨日数与雨量分析

3.1.1 虹吸式雨量计

分别统计虹吸式雨量计与自动测报系统雨量计所观测的日雨量与降雨日数（仅统计汛期），分析月、日降雨量与降雨日数的关系，绘制相关图（丢量或有故障的站除外），见图 1（a）。

所统计的月降雨日数中，自动测报系统降雨日数偏大的有60站次，占30%；月降雨日数相等的有71站次，占35%；月降雨日数偏小的有71站次，占35%。经对日降雨量的细致分析发现，除仪器发生故障外，日降雨日数的偏差基本因微量降雨造成，由于仪器分辨率、仪器安装高度的不同和天气因素的影响，造成此种误差属正常现象。

以虹吸式雨量计月降雨量为基准，计算自动测报系统月降雨量误差率，并进行统计分析（发生故障的月除外），百分率不大于5%的有113站次，占60%；大于5%不大于10%的有51站次，占27%；大于10%，不大于 20%的有24站次，占12%；大于20%的有1站次，占1%。通过图1（a）可以发现，自动测报系统降雨总量与虹吸式雨量计降雨总量相关系数达到0.98，但自动测报系统总降雨量总体大于虹吸式雨量计，平均偏差2.5%。通过对日降水量的对比分析发现，降水误差较大者，自动测报系统日降雨量与虹吸式日降雨量相比，有系统偏大或系统偏小的现象（故障除外）；对个别偏大日的雨量进行分析，发现有较大雨量时，自动测报系统有漏测或丢量问题。自动测报系统安装高度0.7 m，虹吸式雨量计安装高度1.2 m，安装高度的差异将导致自动测报系统所观测雨量偏大于虹吸式雨量计。

通过以上的分析可知，自动测报系统在没有系统误差的情况下，与虹吸式雨量计的对比效果较好，其精度满足使用要求。

3.1.2 普通雨量器

分别计算76处雨量站普通雨量器与自动测报系统日降雨量与降雨日数（仅统计汛期），对比分析月、日降雨量与降雨日数相关关系，绘制相关图（丢量或有故障的站除外），见图 1（b）。

自动测报系统月降雨日数大于普通雨量器的共有148站次，占53%；相等的66站次，占24%；小于普通雨量器的有65站次，占23%。自动测报系统月降雨量偏大的共有194站次，占71%；相等的共有5站次，占2%；偏小的有75站次，占24%。以人工观测的月降雨量为基准，计算自动测报系统所测月降水量的误差率，共有165站次误差率不大于5%，占60%；共有53站次不大于10%、大于5%，占19%；共有37站次不大于20%、大于10%，占14%；大于20%的共有37站次，占7%。从图1（b）可以看出，自动测报系统所观测降雨量大于普通雨量器，但趋势基本一致。

普通雨量器由于受到仪器结构、观测段次、气象和观测方法等因素的影响，使其所观测的降雨量往往小于实际降雨量，但偏差不是很大。经对日降雨量的深入分析可知，个别站自动测报系统雨量存在系统误差和漏测现象，其余站降雨量相关性较好，符合仪器特点。

3.1.3 翻斗式雨量计

分别统计翻斗式雨量计和自动测报系统的日降雨量与降雨日数，对比分析月、日降雨量与降雨日数相关关系，绘制相关图（丢量或有故障的站除外），见图1（c）。

自动测报系统月降雨日数偏大的共有40站次，占23%；相等的有74站次，占42%；偏小的有63站次，占36%。月降雨量偏大的有108站次，占61%；相等的有6站次，占5%；偏小的有61站次，占34%。以翻斗式雨量计观测的月降雨量为基准，计算自动测报系统所测月降水量的误差率，共有91站次误差率不大于5%，占52%；共有46站次不大于10%、大于5%，占26%；共有34站次不大于20%、大于10%，占19%；大于20%的共有5站次，占3%。通过图1（c）可以发现，翻斗式雨量计与自动测报系统存在一定的误差。

翻斗式雨量计与自动测报系统雨量采集仪同为翻斗式，且自动测报系统所采用的雨量采集仪为翻斗式的后续产品，其在设计上要更尽合理和可行，发生空翻和颤抖的概率进一步降低；两种仪器均是通过调节翻斗两端的调节螺母来调节翻斗雨量，因人为因素造成的系统误差对对比分析结果影响较大，图1（c）表明，两者相差不是很大。因此，通过分析得出，上述对比分析结果符合要求。

3.1.4 日降雨量与降雨日数对比分析结论

通过以上对虹吸式、普通雨量器与翻斗式雨量计就降雨量与降雨日数进行的对比分析可知。从降雨量与降雨日数的角度出发，对比分析结果符合仪器特点和使用要求，自动测报系统能够满足正常雨量观测的需要，但需对漏测、丢量现象和系统偏差进行深入分析。

图1 自动测报系统与各仪器测总降雨量对比分析图

3.2 场降雨量分析

此次仅对虹吸式雨量计进行场降雨量分析。选择日降雨量偏差较大、漏测雨量较大的场次和日降雨量较大的场次，对自动测报系统所测记的雨量数据进行分析。分析发现，雨量自动测报系统所测雨量在雨量较大或连续性降雨时会有漏测或漏记现象发生，具体原因不明，有待进一步对比分析和实验研究。

3.3 安装调试对仪器精度的影响分析

通过对比安装调试过程和实际雨量偏差的情况可知，雨量计安装调试过程将直接影响雨量采集仪的采集精度，将使自动测报系统所测记的降雨量呈系统性偏差。

4 稳定性分析

在实际安装的185处雨量站中，出现雷击或其他原因导致雨量数据无法正常使用的站共16处，故障率9%；仪器丢量现象比较明显；部分站提不出数据。因此，由北京金水燕禹科技有限公司安装的雨量自动测报系统稳定性不高，故障率较高。

5 结语

从日降雨量与降雨日数的角度分析，自动测报系统基本能满足日常雨量观测的精度要求，但仪器丢量现象比较明显。从仪器故障率和稳定性角度出发，仪器故障率高，硬件和软件系统不够稳定，需对仪器硬件及软件进行升级改造。