陸水水庫（壩上）站兩種不同分辨率雨量計(jì)觀測數(shù)據(jù)對比分析

瞿蘭蘭 易小力 陳亞健 鄧葵陽

摘要：為提高降水量觀測成果精度，且為防汛測報(bào)工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐，基于陸水水庫（壩上）站使用的兩種不同分辨率雨量計(jì)同期測得2017～2019年降水觀測資料，分別從儀器的結(jié)構(gòu)性能、年降水量、月降水量、日降水量、降水日數(shù)等方面進(jìn)行了對比分析，研究了不同分辨率的雨量計(jì)對雨量觀測結(jié)果的影響程度。分析結(jié)果表明：在雨強(qiáng)較大時，分辨率為0.5 mm的20 cm JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)雨量觀測數(shù)據(jù)代表性較好，反之，分辨率為0.1 mm的JFZ-01型數(shù)字雨量計(jì)雨量觀測數(shù)據(jù)代表性較好。

關(guān)鍵詞：不同分辨率雨量計(jì);降水量;觀測精度;對比分析;陸水水庫

中圖法分類號：P332.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.09.003

文章編號：1006 - 0081（2021）09 - 0021 - 05

0 引 言

隨著水文信息化的發(fā)展，雨量計(jì)的型式也愈發(fā)多樣，翻斗式雨量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，以脈沖信號形式呈現(xiàn)降雨量信息，可自動傳輸數(shù)據(jù)、無需人工駐守觀測、滿足降雨量觀測要求等優(yōu)點(diǎn)，是水文自動測報(bào)行業(yè)使用的主流降雨觀測儀器[1]。我國水文部門現(xiàn)使用的翻斗雨量計(jì)分辨率一般為0.5 mm（壩上站使用此分辨率）和0.2 mm。JFZ-01型數(shù)字式雨量計(jì)分辨率0.1 mm，與蒸發(fā)觀測的記錄精度相匹配，感雨靈敏度高，適應(yīng)雨強(qiáng)范圍大。有脈沖量（每0.1 mm降雨量）輸出和實(shí)時累計(jì)降雨量輸出，可直接與上位設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)自動采集與傳輸，在水面蒸發(fā)站應(yīng)用廣泛。

在實(shí)際工作中，如何最大化減少因儀器計(jì)量誤差帶來的影響，如何辯證取用不同分辨率雨量計(jì)的計(jì)量值，增強(qiáng)降水?dāng)?shù)據(jù)可靠性，是很多水文工作者關(guān)注的問題。

本文基于陸水水庫（壩上）站近幾年已收集的不同分辨率雨量計(jì)降水量資料，從減少因計(jì)量儀器不同所帶來的誤差入手，分析了兩種分辨率雨量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要性能的差異以及數(shù)值之間的區(qū)別與聯(lián)系。實(shí)際應(yīng)用時，需依據(jù)降水量數(shù)據(jù)的代表性辯證取用。

1 研究對象概況

陸水流域?qū)賮啛釒駶櫟貐^(qū)，流域內(nèi)氣候溫和，多年平均氣溫16.8℃。多年平均降水量1 660 mm，雨季早，雨水豐沛，由南向北遞減。陸水水庫（壩上）站位于湖北省赤壁市陸水水庫三峽試驗(yàn)壩壩址右岸附近，始建于1959 年，為收集陸水水庫建成后各項(xiàng)水力因子資料的基本站（水庫站）。觀測項(xiàng)目有水位、水溫、降水量、水面蒸發(fā)以及氣象輔助項(xiàng)目。具體地理位置見圖1。

本次研究對象為陸水水庫（壩上）站分別使用的兩種不同分辨率雨量計(jì)：①分辨率為0.5 mm的20 cm JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)（下文簡稱“0.5 mm分辨率雨量計(jì)”）;②與E-601型蒸發(fā)器配套使用的分辨率為0.1 mm JFZ-01型數(shù)字雨量計(jì)（下文簡稱“0.1 mm分辨率雨量計(jì)”）。兩種雨量計(jì)均位于陸水水庫（壩上）站蒸發(fā)氣象觀測場的偏西南角方向，相距約2 m?，F(xiàn)場情況見圖2。

2 雨量計(jì)對比分析

2.1 雨量計(jì)結(jié)構(gòu)及主要性能對比

0.5 mm分辨率雨量計(jì)由承雨器件、計(jì)量組件等組成（圖3）。承雨器件用于采集、承接降雨，包括承雨器、防蟲網(wǎng)、漏嘴、筒身等。計(jì)量組件是一個翻斗式機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)秤重機(jī)構(gòu)，其功能是將以mm計(jì)的降雨深度轉(zhuǎn)換為以g（或mL）計(jì)的相應(yīng)單元重量（或體積），在降雨過程中，用開關(guān)量的形式將采集的信息量同步輸出[2-3]。

0.1 mm分辨率數(shù)字雨量計(jì)是徐州市偉思水務(wù)科技有限公司生產(chǎn)的FFZ-01Z型數(shù)字水面蒸發(fā)站的組成部分，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖4。

對比兩種不同分辨率雨量計(jì)的主要性能及參數(shù)（表1）可知：兩種雨量計(jì)的降雨強(qiáng)度測量范圍、工作環(huán)境溫度、濕度以及輸出信號的方式均不同。

2.2 日雨量對比

2017～2019年4～8月（汛期）選取0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)同期測得日降水量進(jìn)行相關(guān)性比對分析，點(diǎn)據(jù)總數(shù)918個。最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖5。

由圖5可知，0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)日雨量有良好的相互關(guān)系，兩者可用正相關(guān)的線性關(guān)系式表示。

此外對比這兩個雨量計(jì)的日雨量差值，得出結(jié)果如表2所示。

從表2可知，0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)日雨量累計(jì)值存在一定差異，考慮到日雨量差值大多分布在±2.3 mm之間，故舍棄極端差值4.7 mm，最終得出兩種雨量計(jì)的日累計(jì)值之間的差值約在±1.1～±2.3 mm之間，該差值的平均值范圍在0.1～0.2 mm之間。

2.3 月雨量對比

選取陸水水庫（壩上）站2017～2019年0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)的每月雨量進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，得出結(jié)果見圖6～7。

結(jié)合圖6與圖7可知，0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)月降水總量、月極值變化趨勢一致;此外，0.5 mm分辨率雨量計(jì)月降水總量多于0.1 mm分辨率雨量計(jì)月降水總量。大體情況下，0.5 mm分辨率雨量計(jì)月降水量多于0.1 mm分辨率雨量計(jì)月降水量。兩者之間的差值變幅在-0.2～12.6 mm之間，較日雨量差值變幅偏大。

2.4 年雨量對比

選取陸水水庫（壩上）站2017～2019年0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)的年降水總量、年最大降水量、年降水日數(shù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，得出結(jié)果如圖8～9。

由圖8～9可知，0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)年降水總量變化趨勢一致，但總體上，0.5 mm分辨率雨量計(jì)年降水總量、年最大降水量均大于0.1 mm分辨率雨量計(jì)年降水總量。

0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)年降水日數(shù)變化趨勢一致，從數(shù)值方面講，0.1 mm分辨率雨量計(jì)年降水日數(shù)多于0.5 mm分辨率雨量計(jì)，原因是雨量計(jì)自身測量精度導(dǎo)致，0.1 mm分辨率雨量計(jì)較0.5 mm分辨率雨量計(jì)靈敏，低于0.5 mm量程的雨量均被記錄，微雨天數(shù)增多，故年降水日數(shù)遠(yuǎn)多于0.5 mm分辨率雨量計(jì)。

此外，對比2017～2019年同期降水量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，兩種不同分辨率雨量計(jì)年最大降水量出現(xiàn)的日期均一致。

由上述內(nèi)容可知，0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)降水量數(shù)據(jù)相關(guān)性極大，變化趨勢、極值出現(xiàn)的時間一致，較大區(qū)別在于降水日數(shù)以及兩者之間降水量差值。

2.5 優(yōu)缺點(diǎn)比對

0.5 mm分辨率雨量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是自動化程度較高，可及時獲取降水量，降雨量資料易于保存和傳輸，工作運(yùn)行環(huán)境溫度范圍廣，維護(hù)成本低，是當(dāng)前水文行業(yè)應(yīng)用最廣泛的雨量計(jì)。缺點(diǎn)是降雨強(qiáng)度測量范圍偏?。? mm/min以下），微雨測量精度差;由于工藝程度和設(shè)計(jì)本身的缺陷，無法避免計(jì)量翻斗的傾角誤差。

0.1 mm分辨率雨量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是自動化程度高，感雨靈敏度和準(zhǔn)確度高，適應(yīng)雨強(qiáng)范圍大。缺點(diǎn)是該儀器為蒸發(fā)一體機(jī)配套輔助項(xiàng)目，雨量采集數(shù)據(jù)系列少（只有每日08：00雨量），大雨強(qiáng)測量精度差，虹吸管易堵塞，維護(hù)成本大。

3 結(jié) 論

通過比對陸水水庫（壩上）站使用的兩種雨量計(jì)同期測得2017～2019年降水觀測資料，可以得出以下結(jié)論。

（1）0.5 mm分辨率雨量計(jì)與0.1 mm分辨率雨量計(jì)的觀測序列具有較好的相關(guān)性與一致性，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。

（2）由于不同分辨率的雨量計(jì)儀器本身傳感器的靈敏度（分辨率）不同，導(dǎo)致降水量測量精度不同。0.1 mm分辨率的翻斗雨量計(jì)能較好地測得微雨，保證測量降雨的可靠性，但其精度往往較差;雖然0.5 mm分辨率的翻斗雨量計(jì)有較高的測量精度，對微雨卻往往感應(yīng)不到，致使降雨資料在小雨強(qiáng)數(shù)據(jù)方面不完整。

（3）實(shí)際工作中，在雨強(qiáng)較大時，0.5 mm分辨率雨量計(jì)雨量觀測數(shù)據(jù)代表性較好，反之，0.1 mm分辨率雨量計(jì)雨量觀測數(shù)據(jù)代表性較好。需視情況辨證使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程孟孟，杜成壽，鄭桂平. 陸水流域水文特性分析[J]. 人民長江，2013（9）：56-57，69.

[2] 高小婭，耿楠，丁揚(yáng)威，等. 關(guān)于提升JDZ05-1型翻斗式雨量計(jì)測量精度的方法研究[J]. 浙江水利科技，2017（5）：5-6，21.

[3] 劉振東，舒大興. 翻斗式雨量計(jì)的誤差分析[J]. 中國科技論文在線，2006（8）：1-4.

（編輯：唐湘茜）

Rain data comparative analysis of 2 gauges with different resolutions at Lushui Reservoir （Bashang） Station

QU Lanlan1，YI Xiaoli2，CHEN Yajian1，DENG Kuiyang1

（1. Chibi Branch of Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology， Changjiang

Water Resources Commission， Chibi 437300， China;? 2. Wanzhou Branch of Upper Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission， Wanzhou 404000， China）

Abstract：In order to improve the accuracy of precipitation observation results and provide strong data support for flood prevention and forecasting， based on the precipitation observation data of 2017～2019 measured synchronously by two rain gauges with different resolutions at Lushui Reservoir （Bashang） Station， the comparative analysis is carried out from the aspects of instrument structure performance， annual precipitation， monthly precipitation， daily precipitation and precipitation days. The influence of different resolution rain gauges on rainfall observation results is studied. The final analysis results show that when the rainfall intensity is large， the rainfall observation data of 20 cm JDZ05-1 tipping bucket rain gauge with resolution of 0.5 mm is better representative， on the contrary， the rainfall observation data of JFZ-01 digital rain gauge with resolution of 0.1 mm is better representative.

Key words：rain gauge with different resolution;precipitation; observation accuracy; comparative analysis; Lushui Reservoir