翻斗式雨量计与磁致伸缩液位式雨量计比测分析

黄乐琦，冯国华

（1.广西沿海水文中心东兴水文中心站，广西 东兴 538000；2.北京金水燕禹科技有限公司，北京 100000）

1 仪器原理及工作方法

1.1 JDZ05-1型翻斗式雨量计

JDZ05-1型翻斗式雨量计由承雨器部件和计量部件等组成。雨水由最上端的承雨口进入承水器，落入引水漏斗，经漏斗口流入翻斗，当翻斗内的水量达到15.71 g（或mL）时，翻斗失去平衡翻倒将水倒出，随着降雨持续，将使翻斗左右翻转，接触开关将翻斗翻转次数变成电信号，送到记录器，在累积计数器和自记钟上读出降水资料，如此往复即可将降雨过程测量下来。

主要技术指标：承雨口内径为Φ200 mm；仪器分辨率为0.5 mm；降雨强度测量范围为0.01～4 mm/min；翻斗计量误差为≤±4%；输出信号方式为磁钢-干簧管式接点开关通断信号；接点工作次数为1×107次；工作环境温度范围为-10℃～+50℃。

1.2 HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计

HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计是专门为蒸发系统配套设计。雨量计在测量时，电路单元产生电流脉冲，该脉冲沿着磁致伸缩线向下传输，并产生一个环形的磁场，探测杆外配有浮子，浮子沿探测杆随液位的变化而上下移动。由于浮子内装有一组永磁铁，所以浮子同时产生一个磁场，当电流磁场与浮子磁场相遇时，产生一个“扭曲”脉冲，或称“返回”脉冲。将“返回”脉冲与电流脉冲的时间差转换成脉冲信号，从而计算出浮子的实际位置，测得液位，通过液位的变化计算得出雨量多少。

主要技术指标：承雨口内径为Φ200 mm；雨量测量分辨率为0.015 mm；雨量测量精度为≤±0.1 mm；雨强测量范围为0～17 mm/min；自动控制功能有自动补水和自动排水；通信距离为RTU无线传输；电源电压为12VDC（±15%），不允许采用市电降压供电，防止雷电损坏；太阳能电池系统为12 V/DC 105A/h，与蒸发器共用电瓶；环境温度范围为0℃～+55℃；储存温度范围为-10℃～+60℃。

2 对比分析

2.1 测站基本情况

东兴水文站观测场有3个雨量计，分别为JDZ05-1型翻斗式雨量计、HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计与人工雨量计，3个雨量计安装成一列，雨量计间距为2 m。

2.2 资料的选用与要求

采用2020年东兴水文站全年雨量进行统计分析，数据分析中发现两种自记雨量计雨量值相差过大的，同时参考人工观测雨量值。试验过程中，两种自记雨量计都有发生故障，有些故障未能及时排除，导致数据不可信，对于故障期间的数据不予以采用。

2.3 资料分析

东兴水文站整编数据采用JDZ05-1型翻斗式雨量计自记值，按《降水量观测规范》（SL 21-2015）中关于测量精度的要求，用该型号的雨量值作为测量真值，HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计雨量值为测量值，用相对误差来评价资料的合格率，计算公式为：

式中：δ为相对误差，%；WH为HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计记录的雨量；WJ为JDZ05-1型翻斗式雨量计记录的雨量。相对误差δ在±4%范围内为合格[1]。

2.3.1 月降雨量分析

对2020年月降雨量进行分析，12个月降雨测量值均为有效值，有效样本12个，相对误差在±4%范围内的有11个，样本合格率达91.67%。2020年两种雨量计月降雨测量误差分析见表1。

表1 两种雨量计月降雨测量误差分析

2.3.2 不同雨量级降雨量分析

对2020年不同雨量级降雨总量进行分析，分为3类：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）。不同降雨量级两种雨量计测量误差分析见表2。由表2可以看出，小雨样本数最多，中到大雨次之，暴雨及以上最少，3个总量相对误差都在±4%范围内，合格率达100%。

表2 不同降雨量级两种雨量计测量误差分析

2.3.3 日降雨量分析

对两种雨量计自记的日降雨量进行线性分析（见图1），得到其线性回归方式为y=0.9 759x+0.0 408，相关系数R2为0.9 984，表明两者拟合度高、相关性好。

图1 两种雨量计日降雨量线性分析

3 结语

本文对两种自记雨量计2020年记录的雨量值进行分析，结果表明：两种雨量计降雨测量值拟合度高、相关性好，相对误差在允许误差范围内；HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计分辨率较高，记录的雨量总值比JDZ05-1型翻斗式雨量计记录的雨量总值大，更能反映实际的降雨过程。