三河閘水文站JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)比測(cè)分析

柳 斌，龍 俊，陳江云

（江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100）

1 測(cè)站基本情況

三河閘水文站位于江蘇省盱眙縣境內(nèi)，是洪澤湖周邊地區(qū)具有代表性的降水、蒸發(fā)觀測(cè)站點(diǎn)，始建于1918 年，設(shè)站初期只有降雨量觀測(cè)項(xiàng)目，1950年增設(shè)水面蒸發(fā)量觀測(cè)項(xiàng)目。該站原址在中渡，1954年搬遷至三河閘管理處院內(nèi)。近百年來，該站采集了大量的科學(xué)數(shù)據(jù)，在淮河流域的防汛抗旱、水文預(yù)報(bào)、工程管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、水資源評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、航運(yùn)等方面發(fā)揮著巨大作用，也見證了淮河流域人民與洪水抗?fàn)幍墓廨x歷史[1]。

目前該站降水、蒸發(fā)主要觀測(cè)儀器有20 cmJQR01標(biāo)準(zhǔn)式雨量計(jì)一套，20 cmJDZ05-1型翻斗式遙測(cè)雨量計(jì)一套，E601玻璃鋼蒸發(fā)皿一套。降雨量觀測(cè)有人工、遙測(cè)兩種方法，蒸發(fā)量觀測(cè)以人工觀測(cè)為主。

2 JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)工作原理

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，如圖1 所示。承雨口采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)口徑Φ200 mm。計(jì)量組件是一個(gè)翻斗式機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)秤重機(jī)構(gòu)，其功能是將以毫米計(jì)的降雨深度轉(zhuǎn)換為信號(hào)輸出。雨水由上端的承水口進(jìn)入承水器，落入接水漏斗，經(jīng)漏斗口流入翻斗，當(dāng)積水量達(dá)到一定高度（此型號(hào)儀器為0.5 mm）時(shí)，翻斗失去平衡翻倒。而每一次翻斗傾倒，都使翻斗上的磁鋼接近干簧管，磁鋼磁場(chǎng)激勵(lì)干簧管中的簧片，兩簧片分別被磁化成N、S極，異性相吸，導(dǎo)致開關(guān)閉合，電路導(dǎo)通，完成一個(gè)降雨數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和信號(hào)輸出工作，如此往復(fù)即可將降雨過程測(cè)量下來[2、3]。

圖1 翻斗式雨量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

3 觀測(cè)資料對(duì)比及分析

JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)在全國(guó)水文測(cè)站中使用較多，其穩(wěn)定性、可靠性得到水文工作人員的認(rèn)可。但在長(zhǎng)期的使用中，也暴露出JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)一些缺點(diǎn)，如其最小分辨率為0.5 mm，無法記錄更小降雨量；在暴雨等雨強(qiáng)大的時(shí)候，翻斗翻轉(zhuǎn)過程中會(huì)造成雨量損失；在降雪或冰雹天氣，翻斗式雨量計(jì)無法及時(shí)準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)等。

本文選用2017 年三河閘水文站全年人工降雨量與JDZ05-1 型翻斗式雨量計(jì)遙測(cè)雨量進(jìn)行對(duì)比分析。2017年全年降雨106 d，其中1月31日、2月7日、2 月8 日降雪量，以人工觀測(cè)為準(zhǔn)校核遙測(cè)雨量，對(duì)比分析表見表1。

表1 三河閘水文站2017年遙測(cè)降雨量數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)對(duì)比表 mm

3.1 遙測(cè)無數(shù)據(jù)，人工有數(shù)據(jù)

三河閘水文站在2017 年共出現(xiàn)13 d 遙測(cè)數(shù)據(jù)為0 而人工觀測(cè)有降雨數(shù)據(jù)的情況，占全年降雨天數(shù)的12%，其中人工觀測(cè)降雨最大數(shù)據(jù)為8 月9 日0.5 mm，人工觀測(cè)降雨最小數(shù)據(jù)為0.2 mm，出現(xiàn)這種情況的原因是翻斗式雨量計(jì)的最小分辨率為0.5 mm，當(dāng)降雨量大于0.5 mm時(shí)，翻斗才會(huì)翻動(dòng)并記錄數(shù)據(jù)。

3.2 遙測(cè)數(shù)據(jù)小于人工數(shù)據(jù)

2017年遙測(cè)數(shù)據(jù)小于人工數(shù)據(jù)的天數(shù)有62 d，占到全年降雨天數(shù)的58%。出現(xiàn)這種情況的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）強(qiáng)降雨時(shí)由于雨強(qiáng)較大，翻斗翻轉(zhuǎn)頻率較快，在翻轉(zhuǎn)的時(shí)候有部分雨水溢出，或翻斗在翻轉(zhuǎn)過程中有雨水流下而未進(jìn)入翻斗，從而導(dǎo)致此部分降雨量沒有被記錄。其中以8 月19 日為例，8 月19日14:00降雨量為23.5 mm，單日人工觀測(cè)雨量比遙測(cè)數(shù)據(jù)多1.5 mm。

（2）降雨量未達(dá)到翻斗式雨量器的最小分辨率，降雨量不足0.5 mm，未使翻斗翻轉(zhuǎn)，從而沒被記錄，這部分降雨量最終在漏斗中蒸發(fā)損失，遙測(cè)數(shù)據(jù)小于人工觀測(cè)數(shù)據(jù)基本上是這種原因造成的。

（3）人工觀測(cè)存在誤差，將降雨量倒入量筒中讀數(shù)時(shí)，觀測(cè)人員視線高于量筒中凹液面，如圖2（a）所示，從而導(dǎo)致人工觀測(cè)數(shù)據(jù)偏大。

圖2 量筒讀數(shù)

3.3 遙測(cè)數(shù)據(jù)大于人工數(shù)據(jù)

2017 年出現(xiàn)15 d 遙測(cè)數(shù)據(jù)大于人工數(shù)據(jù)的情況，占全年降雨天數(shù)的14%。出現(xiàn)這種情況主要有兩種原因：

（1）降雨量殘留。短期內(nèi)的連續(xù)兩次降雨，上一次降雨在雨量計(jì)翻斗中有殘留，這部分殘留降雨量加上第二次降雨量大于人工觀測(cè)的日降雨量。例如6 月4 日人工觀測(cè)降雨量為0.2 mm，未達(dá)到翻斗式雨量計(jì)最小分辨率0.5 mm，這部分降雨量殘留在翻斗中，6 月5 日人工觀測(cè)降雨量30.4 mm，而翻斗式雨量計(jì)記錄數(shù)據(jù)為30.5 mm，遙測(cè)數(shù)據(jù)大于人工觀測(cè)數(shù)據(jù)，就是因?yàn)榉肥接炅坑?jì)累計(jì)了6 月4日殘留的部分降雨量，這種情況在多天連續(xù)降雨中較為常見。

（2）人工觀測(cè)誤差。在人工讀取量筒中降雨量數(shù)據(jù)時(shí)可能出現(xiàn)圖2（b）所示的讀取姿勢(shì)，從而導(dǎo)致人工觀測(cè)降雨量偏小。例如3月30日，人工觀測(cè)降雨量2.9 mm，翻斗式雨量計(jì)記錄數(shù)據(jù)為3.0 mm，極有可能就是這種原因?qū)е碌摹?/p>

3.4 遙測(cè)數(shù)據(jù)等于人工數(shù)據(jù)

這種情況在2017 年共出現(xiàn)16 d，其中1 月31日、2 月7 日、2 月8 日為降雪量，采用人工報(bào)汛代替遙測(cè)數(shù)據(jù)，剩余13 d 中，日降雨量均未超過10 mm，最大降雨量為7 月1 日7 mm，最小降雨量為0.5 mm。因此，可以看出只有在降雨量較小，且降雨量為0.5 mm的整數(shù)倍時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)等于人工數(shù)據(jù)的情況。

4 觀測(cè)注意事項(xiàng)

因此，為獲得更加準(zhǔn)確及時(shí)的水文數(shù)據(jù)，在日常使用中，測(cè)站人員需要做到以下幾點(diǎn)：

（1）按時(shí)觀測(cè)。每日08：00觀測(cè)人員應(yīng)按時(shí)觀測(cè)降雨量并查看翻斗式雨量計(jì)遙測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)查找原因，確保降雨量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（2）及時(shí)清理。在日常使用JDZ05-1翻斗式雨量計(jì)過程中，為避免雜物在降雨過程中影響降雨量的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，應(yīng)及時(shí)清理雨量計(jì)過濾網(wǎng)、漏斗、翻斗、滴嘴、滴針上的雜物。

（3）定期檢查。三河閘水文站工作制度要求每周應(yīng)對(duì)雨量計(jì)進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括器口水平、器身穩(wěn)定、內(nèi)外潔凈、通信暢通、蓄電池充放電正常等，確保降雨量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

5 結(jié)語

JDZ05-1 型雨量傳感器可以省時(shí)省力及時(shí)準(zhǔn)確傳輸雨量數(shù)據(jù)，有利于實(shí)現(xiàn)水文數(shù)據(jù)遙測(cè)自動(dòng)化，實(shí)用于水文站和無人駐守的遙測(cè)雨量站；但在長(zhǎng)期的使用中，也暴露出如分辨率低、短時(shí)暴雨雨量大以及降雪或冰雹天氣等導(dǎo)致的記錄數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。與人工觀測(cè)對(duì)比，觀測(cè)人員不僅要看到遙測(cè)資料的異常，還要善于從異常值中及時(shí)發(fā)現(xiàn)原因，消除產(chǎn)生誤差的因素，規(guī)范觀測(cè)，提高觀測(cè)的準(zhǔn)確性。