YCZ-2A-101型雨量自動測報系統(tǒng)可靠性研究

韓正茂，鄂文鋒

（吉林省水文水資源局，吉林 長春130022）

1 項目背景

為提高吉林省水文水資源局（以下簡稱省局）雨量數(shù)據(jù)監(jiān)測、傳輸與存儲的及時性、高效性，省局于2007年7月編制完成了《吉林省防汛雨量自動測報系統(tǒng)初步設(shè)計報告》，上報吉林省人民政府。由吉林省人民政府撥款完成全省394處雨量站點、9處分中心和1處省中心的升級改造工作，至2009年年底，全省完成185處雨量站、8處分中心和1處省中心的升級改造工作，并就此組織全省雨量自動測報系統(tǒng)的對比分析工作。

2 對比分析條件

2009年汛期，吉林省降雨明顯偏少，全省平均降雨量333.8 mm，比歷年同期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、省局技術(shù)人員和分局技術(shù)人員共同完成全省185處雨量站的安裝工作，利用預(yù)先澆筑的混泥土墩做為雨量計安裝基座，按照規(guī)范對雨量計進行整平和調(diào)試，并將與之對比觀測的儀器安裝在同一觀測場內(nèi)，在一定程度上保證了對比分析數(shù)據(jù)的準確性。

以普通雨量器為對比觀測儀器的站81處，以虹吸式雨量計為對比觀測儀器的站52處，以翻斗式雨量計為對比觀測儀器的站52處。

3 資料分析

3.1 降雨日數(shù)與雨量分析

3.1.1 虹吸式雨量計

分別統(tǒng)計虹吸式雨量計與自動測報系統(tǒng)雨量計所觀測的日雨量與降雨日數(shù)（僅統(tǒng)計汛期），分析月、日降雨量與降雨日數(shù)的關(guān)系，繪制相關(guān)圖（丟量或有故障的站除外），見圖 1（a）。

所統(tǒng)計的月降雨日數(shù)中，自動測報系統(tǒng)降雨日數(shù)偏大的有60站次，占30%；月降雨日數(shù)相等的有71站次，占35%；月降雨日數(shù)偏小的有71站次，占35%。經(jīng)對日降雨量的細致分析發(fā)現(xiàn)，除儀器發(fā)生故障外，日降雨日數(shù)的偏差基本因微量降雨造成，由于儀器分辨率、儀器安裝高度的不同和天氣因素的影響，造成此種誤差屬正?，F(xiàn)象。

以虹吸式雨量計月降雨量為基準，計算自動測報系統(tǒng)月降雨量誤差率，并進行統(tǒng)計分析（發(fā)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%。通過圖1（a）可以發(fā)現(xiàn)，自動測報系統(tǒng)降雨總量與虹吸式雨量計降雨總量相關(guān)系數(shù)達到0.98，但自動測報系統(tǒng)總降雨量總體大于虹吸式雨量計，平均偏差2.5%。通過對日降水量的對比分析發(fā)現(xiàn)，降水誤差較大者，自動測報系統(tǒng)日降雨量與虹吸式日降雨量相比，有系統(tǒng)偏大或系統(tǒng)偏小的現(xiàn)象（故障除外）；對個別偏大日的雨量進行分析，發(fā)現(xiàn)有較大雨量時，自動測報系統(tǒng)有漏測或丟量問題。自動測報系統(tǒng)安裝高度0.7 m，虹吸式雨量計安裝高度1.2 m，安裝高度的差異將導(dǎo)致自動測報系統(tǒng)所觀測雨量偏大于虹吸式雨量計。

通過以上的分析可知，自動測報系統(tǒng)在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，與虹吸式雨量計的對比效果較好，其精度滿足使用要求。

3.1.2 普通雨量器

分別計算76處雨量站普通雨量器與自動測報系統(tǒng)日降雨量與降雨日數(shù)（僅統(tǒng)計汛期），對比分析月、日降雨量與降雨日數(shù)相關(guān)關(guān)系，繪制相關(guān)圖（丟量或有故障的站除外），見圖 1（b）。

自動測報系統(tǒng)月降雨日數(shù)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%。自動測報系統(tǒng)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%。以人工觀測的月降雨量為基準，計算自動測報系統(tǒng)所測月降水量的誤差率，共有165站次誤差率不大于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%。從圖1（b）可以看出，自動測報系統(tǒng)所觀測降雨量大于普通雨量器，但趨勢基本一致。

普通雨量器由于受到儀器結(jié)構(gòu)、觀測段次、氣象和觀測方法等因素的影響，使其所觀測的降雨量往往小于實際降雨量，但偏差不是很大。經(jīng)對日降雨量的深入分析可知，個別站自動測報系統(tǒng)雨量存在系統(tǒng)誤差和漏測現(xiàn)象，其余站降雨量相關(guān)性較好，符合儀器特點。

3.1.3 翻斗式雨量計

分別統(tǒng)計翻斗式雨量計和自動測報系統(tǒng)的日降雨量與降雨日數(shù)，對比分析月、日降雨量與降雨日數(shù)相關(guān)關(guān)系，繪制相關(guān)圖（丟量或有故障的站除外），見圖1（c）。

自動測報系統(tǒng)月降雨日數(shù)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%。以翻斗式雨量計觀測的月降雨量為基準，計算自動測報系統(tǒng)所測月降水量的誤差率，共有91站次誤差率不大于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%。通過圖1（c）可以發(fā)現(xiàn)，翻斗式雨量計與自動測報系統(tǒng)存在一定的誤差。

翻斗式雨量計與自動測報系統(tǒng)雨量采集儀同為翻斗式，且自動測報系統(tǒng)所采用的雨量采集儀為翻斗式的后續(xù)產(chǎn)品，其在設(shè)計上要更盡合理和可行，發(fā)生空翻和顫抖的概率進一步降低；兩種儀器均是通過調(diào)節(jié)翻斗兩端的調(diào)節(jié)螺母來調(diào)節(jié)翻斗雨量，因人為因素造成的系統(tǒng)誤差對對比分析結(jié)果影響較大，圖1（c）表明，兩者相差不是很大。因此，通過分析得出，上述對比分析結(jié)果符合要求。

3.1.4 日降雨量與降雨日數(shù)對比分析結(jié)論

通過以上對虹吸式、普通雨量器與翻斗式雨量計就降雨量與降雨日數(shù)進行的對比分析可知。從降雨量與降雨日數(shù)的角度出發(fā)，對比分析結(jié)果符合儀器特點和使用要求，自動測報系統(tǒng)能夠滿足正常雨量觀測的需要，但需對漏測、丟量現(xiàn)象和系統(tǒng)偏差進行深入分析。

圖1 自動測報系統(tǒng)與各儀器測總降雨量對比分析圖

3.2 場降雨量分析

此次僅對虹吸式雨量計進行場降雨量分析。選擇日降雨量偏差較大、漏測雨量較大的場次和日降雨量較大的場次，對自動測報系統(tǒng)所測記的雨量數(shù)據(jù)進行分析。分析發(fā)現(xiàn)，雨量自動測報系統(tǒng)所測雨量在雨量較大或連續(xù)性降雨時會有漏測或漏記現(xiàn)象發(fā)生，具體原因不明，有待進一步對比分析和實驗研究。

3.3 安裝調(diào)試對儀器精度的影響分析

通過對比安裝調(diào)試過程和實際雨量偏差的情況可知，雨量計安裝調(diào)試過程將直接影響雨量采集儀的采集精度，將使自動測報系統(tǒng)所測記的降雨量呈系統(tǒng)性偏差。

4 穩(wěn)定性分析

在實際安裝的185處雨量站中，出現(xiàn)雷擊或其他原因?qū)е掠炅繑?shù)據(jù)無法正常使用的站共16處，故障率9%；儀器丟量現(xiàn)象比較明顯；部分站提不出數(shù)據(jù)。因此，由北京金水燕禹科技有限公司安裝的雨量自動測報系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，故障率較高。

5 結(jié)語

從日降雨量與降雨日數(shù)的角度分析，自動測報系統(tǒng)基本能滿足日常雨量觀測的精度要求，但儀器丟量現(xiàn)象比較明顯。從儀器故障率和穩(wěn)定性角度出發(fā)，儀器故障率高，硬件和軟件系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，需對儀器硬件及軟件進行升級改造。