某地區(qū)遙測(cè)存儲(chǔ)雨量和人工觀測(cè)降雨量資料對(duì)比分析

關(guān)麗娜

（伊犁水文勘測(cè)局，新疆 伊寧 835000）

1 測(cè)站基本情況

文章所選取的該地區(qū)典型雨量站覆蓋面廣且代表性強(qiáng)。各個(gè)雨量站均在同一個(gè)觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)設(shè)置與安裝遙測(cè)雨量計(jì)、自記雨量計(jì)、固態(tài)存儲(chǔ)雨量計(jì)及人工雨量計(jì)，觀測(cè)場(chǎng)地設(shè)置及雨量計(jì)安裝均按照《降雨觀測(cè)規(guī)范》進(jìn)行。水文降雨觀測(cè)資料存儲(chǔ)與記錄必將向遙測(cè)存儲(chǔ)發(fā)展，遙測(cè)存儲(chǔ)也正在逐步取代人工觀測(cè)記錄的方式，該地區(qū)目前有22站使用遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)，通過(guò)分析遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)的使用以及與人工觀測(cè)降雨量進(jìn)行對(duì)比可知，遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)精度更高，能在很大程度上減輕人工雨量觀測(cè)的工作強(qiáng)度，推動(dòng)區(qū)域降雨水文觀測(cè)存儲(chǔ)的現(xiàn)代化程度和自動(dòng)報(bào)訊的實(shí)現(xiàn)。

2 對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 日降雨量統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)日降雨量合格程度主要通過(guò)絕對(duì)誤差及相對(duì)誤差進(jìn)行評(píng)價(jià)，《降雨觀測(cè)規(guī)范》所規(guī)定的儀器分辨率0.50 mm的雨量觀測(cè)精度概括如下：

自身雨量不足12.50 mm情況下，所允許誤差在δ±0.50 mm范圍；自身雨量超過(guò)12.50 mm 時(shí)，所允許觀測(cè)精度誤差在δ±4 mm范圍，誤差δ按下式計(jì)算：

式中：W遙——遙測(cè)存儲(chǔ)雨量（mm）；W人——人工觀測(cè)雨量（mm）。

該地區(qū)22 個(gè)測(cè)站日降雨量統(tǒng)計(jì)的985 d 內(nèi)在所規(guī)定誤差范圍內(nèi)的天數(shù)為756 d，合格率達(dá)78.40%，其中有146 d降雨量在12.50 mm 以上，相對(duì)誤差合格的天數(shù)為99 d，合格率達(dá)62.30%，8月24日出現(xiàn)。有739 d降雨量不足12.50 mm，相對(duì)誤差合格天數(shù)717 d，合格率93.40%，7月10日出現(xiàn)。上述結(jié)果表明，遙測(cè)存儲(chǔ)雨量和人工觀測(cè)雨量相比并未表現(xiàn)出明顯的系統(tǒng)性偏差。

2.2 旬降雨量統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)該地區(qū)流域22個(gè)測(cè)站7-9月汛期遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)所觀測(cè)得到的旬降雨量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)旬?dāng)?shù)共240 個(gè)。雨量達(dá)12.5 mm以上的旬有168個(gè)，相對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，合格旬?dāng)?shù)達(dá)125個(gè)，合格率66.70%，于8月24日出現(xiàn)。雨量不足12.50 mm的旬有173個(gè)，絕對(duì)誤差合格率達(dá)87.50%，于7月10日出現(xiàn)。

2.3 月降雨量分析

對(duì)該地區(qū)流域22個(gè)測(cè)站7-9月汛期遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)所觀測(cè)得到的月降雨量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)月數(shù)共121個(gè)。雨量達(dá)12.5 mm 以上的月有64 個(gè)，相對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，合格月達(dá)58個(gè)，合格率92.70%，8月24日出現(xiàn)。雨量不足12.50 mm的月有29個(gè)，絕對(duì)誤差合格月有27個(gè)，合格率達(dá)93.50%，最大絕對(duì)誤差值-3.10 mm于7月10日出現(xiàn)。

2.4 場(chǎng)次降雨量對(duì)比分析

按照所在地區(qū)局站網(wǎng)處所規(guī)定的雨洪配套時(shí)段進(jìn)行場(chǎng)次降雨劃分，該地區(qū)流域22個(gè)測(cè)站每站選取5場(chǎng)降雨過(guò)程，共計(jì)110場(chǎng)次，合格場(chǎng)次計(jì)93場(chǎng)，合格率達(dá)84.55%。以7月10日降雨進(jìn)行年度最大降雨場(chǎng)次誤差的計(jì)算，遙測(cè)存儲(chǔ)雨量113.40 mm，人工觀測(cè)雨量120.20 mm。計(jì)算得年內(nèi)最大降雨場(chǎng)次誤差絕對(duì)值6.80，相對(duì)值-5.90%，并未達(dá)到《降雨觀測(cè)規(guī)范》所規(guī)定的±4%的要求?？梢?jiàn)，存儲(chǔ)固態(tài)雨量計(jì)的觀測(cè)值大于人工觀測(cè)雨量。

2.5 降雨天數(shù)對(duì)比分析

遙測(cè)存儲(chǔ)雨量與人工觀測(cè)雨量降雨天數(shù)用微量降雨天數(shù)表示，流域22 個(gè)測(cè)站中僅一個(gè)測(cè)站兩種方法觀測(cè)雨量天數(shù)相同，其余測(cè)站遙測(cè)存儲(chǔ)雨量觀測(cè)天數(shù)比人工觀測(cè)天數(shù)少。人工觀測(cè)雨量計(jì)采集儀分辨率在0.10～0.50 mm之間，遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)分辨率為0.50 mm，如遇降雨小于0.50 mm，遙測(cè)固態(tài)存儲(chǔ)雨量計(jì)則難以準(zhǔn)確反映觀測(cè)雨量值。

3 遙測(cè)存儲(chǔ)雨量和人工觀測(cè)降雨量誤差原因分析

經(jīng)過(guò)上述分析可以看出，該地區(qū)不同流域各測(cè)站所處環(huán)境并不相同，水文氣象條件各異，這也是引起遙測(cè)存儲(chǔ)雨量和人工觀測(cè)雨量誤差的主要客觀因素，此外還包括以下方面：

人工觀測(cè)降雨量資料整編存在部分虹吸雨量計(jì)采集數(shù)據(jù)，由于虹吸雨量計(jì)與固態(tài)存儲(chǔ)雨量計(jì)之間存在一定的記錄誤差，容易導(dǎo)致采集記錄時(shí)間的差異，進(jìn)而引起雨量記錄誤差的產(chǎn)生，隨著日分界降雨的增大，采集時(shí)間和記錄的誤差將隨之增大。在較大的降雨強(qiáng)度和雨量下，固態(tài)存儲(chǔ)雨量計(jì)翻斗雨量即使未達(dá)到0.50 mm，也會(huì)因降雨沖擊力的增加而加快翻轉(zhuǎn)速度，計(jì)流量及誤差必將隨之增大。

安裝調(diào)試固態(tài)存儲(chǔ)雨量計(jì)的過(guò)程中，如果左右兩側(cè)翻斗翻轉(zhuǎn)量設(shè)置不一致，則人工模擬降雨強(qiáng)度值和翻斗分辨率等方面必然存在較大的人為誤差。雨量計(jì)翻斗開(kāi)關(guān)信號(hào)傳遞的準(zhǔn)確度主要受到磁敏度開(kāi)關(guān)與磁鋼距離、開(kāi)關(guān)本身靈敏度、抗干擾能力等的影響。此外，翻斗中泥沙雜物的堆積也將引起翻斗計(jì)量誤差的產(chǎn)生。

雨量較小或臨近降雨始末階段，翻斗內(nèi)雨量無(wú)法達(dá)到翻斗分辨率設(shè)計(jì)值，或者，降雨量由于蒸發(fā)、計(jì)入次日雨量等原因都將使次日雨量統(tǒng)計(jì)值偏大。人工觀測(cè)雨量桶承雨器內(nèi)徑220 mm，比200 mm 的標(biāo)準(zhǔn)口徑大，所以雨量觀測(cè)值也超出0～0.60 mm范圍，增大了系統(tǒng)記錄值。

降雨觀測(cè)過(guò)程中如夾雜雪、雹等特殊氣象，則必然增大遙測(cè)存儲(chǔ)雨量誤差，此時(shí)可考慮人工觀測(cè)代替的方法控制誤差。如果遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)和人工觀測(cè)雨量計(jì)安裝高度、位置分辨率等不同的話，也必將引起誤差。

4 結(jié)論與討論

4.1 主要結(jié)論

由文中比測(cè)試驗(yàn)以及對(duì)比測(cè)數(shù)據(jù)的定量分析可知，部分測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大，合格率并不理想。分析原因后發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差主要由承雨器、翻斗內(nèi)存在大量泥沙雜物、儀器磁鋼吸合后無(wú)法立即釋放，以及吸合紊亂、雨量桶支架失穩(wěn)導(dǎo)致承雨器左右搖擺，雨量散失。針對(duì)各測(cè)站遙測(cè)存儲(chǔ)雨量與人工觀測(cè)雨量所存在的誤差，必須加強(qiáng)雨量計(jì)的調(diào)試與試驗(yàn)，在充分掌握地區(qū)降雨特性及儀器狀況的基礎(chǔ)上，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，有效控制測(cè)量誤差。該地區(qū)各流域其余測(cè)站遙測(cè)雨量計(jì)觀測(cè)結(jié)果精確率較高，遙測(cè)雨量計(jì)對(duì)于該地區(qū)降雨觀測(cè)較為適用，且誤差合乎要求。

4.2 討論

遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)屬于降雨量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、固態(tài)化存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理的新型雨量測(cè)驗(yàn)儀器，該地區(qū)流域許多測(cè)站已經(jīng)比測(cè)應(yīng)用，操作人員在儀器結(jié)構(gòu)、作用原理、操作流程、維護(hù)保養(yǎng)等方面已經(jīng)積累起豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)多年的比測(cè)資料來(lái)看，尤其對(duì)于雨量大、固體降雨量稀少的測(cè)站遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)觀測(cè)結(jié)果具有較高精度，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范的同時(shí)使用條件也已十分成熟?？梢哉f(shuō)，當(dāng)前水文信息采集、收集、處理、傳輸、測(cè)報(bào)等方面現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，水文事業(yè)必將面臨現(xiàn)代化。

為進(jìn)一步提升該地區(qū)流域各測(cè)站遙測(cè)存儲(chǔ)雨量精度，應(yīng)強(qiáng)化以下方面：繼續(xù)保留部分人工觀測(cè)雨量測(cè)站比測(cè)的同時(shí)，便于遙測(cè)存儲(chǔ)資料的整編及質(zhì)量評(píng)價(jià)。通過(guò)分析和對(duì)比遙測(cè)存儲(chǔ)雨量和人工觀測(cè)雨量資料，充分了解各測(cè)站雨量資料比測(cè)潛在問(wèn)題，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升水文信息比測(cè)的可靠性與及時(shí)性。

為加強(qiáng)降雨量與蒸發(fā)量觀測(cè)的對(duì)比分析，最好使用分辨率0.20 mm的遙測(cè)存儲(chǔ)雨量計(jì)，由于其傳感器結(jié)構(gòu)比人工觀測(cè)雨量計(jì)更加合理、材料更先進(jìn)，且隨降隨測(cè)，所以能有效減少蒸發(fā)對(duì)降雨量損失的增加作用。此外，雨量傳感器上翻斗和匯集漏斗對(duì)不同降雨強(qiáng)度下的雨量具有一定的集聚作用，最終接近固定雨量值，在匯集漏斗節(jié)流管的輔助性作用下，自然降雨的強(qiáng)度經(jīng)調(diào)節(jié)后更加均勻，由此所造成的測(cè)量誤差也大大減小。虹吸式雨量計(jì)因虹吸次數(shù)過(guò)頻而可能增加的誤差及其自記誤差均能得到有效緩解。