運城市JDZ-02型翻斗式雨量計應用分析

何 坤

（運城市水文水資源勘測站，山西 運城 044000）

0 前言

掌握準確的降水量資料，對于我們利用和改造自然及國民經(jīng)濟建設服務有重要的作用。運城市觀測雨量的基本站點共計73處，隨著水文信息化的不斷推進，1994年運城首次安裝了26臺精度為0.5 mm的翻斗式雨量計固態(tài)測記，1996年后又陸續(xù)安裝了47臺精度為0.2 mm的翻斗式雨量計固態(tài)測記，2012年中小河流水情自動報汛系統(tǒng)建設后，73處雨量站全部更換為精度為0.2 mm的JDZ-02型翻斗式雨量計自動測報。為分析其實用性和準確性，本文通過人工雨量計觀測數(shù)據(jù)和JDZ-02型翻斗式雨量計測量數(shù)據(jù)進行對比分析。

1 流域概況

運城市位于山西省西南部，屬于溫帶大陸性氣候，因地處黃土高原，氣溫變化較大。全年受季風活動影響，風力3～8級，平均風速 2.00 m/s～3.00 m/s，大風時風速可達 15.0 m/s～20.0 m/s，一般每年10月～次年5月，受西伯利亞干冷氣流控制，盛行西北季風，氣候特點表現(xiàn)為春季短促、少雨、干旱多風沙，汛期6月～9月左右，以7月、8月為主，受太平洋曖濕氣流控制，盛行東南季風，氣候特點是高溫、多雨，降雨集中且多暴雨和雷陣雨。

全市多年（1956年～2000年）平均降水量為572.5 mm,降水量年際變化大，最大年份降水量為945.8 mm，最小為305.0 mm，降水量年內(nèi)分配不均，汛期（6月～9月）降水量占年降水量65%左右。多年（1980年～2000年）平均蒸發(fā)量（折合成E601蒸發(fā)器相應水面蒸發(fā)量）為1148 mm。

2 JDZ-02型翻斗式雨量計工作原理

JDZ-02型翻斗式雨量計由承雨器組件和計量器兩部分組成。承雨器組件為采集承接降雨之用；計量組件的主要作用是對降水量進行計量。計量過程為:承雨器承接的雨量經(jīng)漏嘴匯集到漏斗內(nèi)，再通過漏斗滴落到處于上斗的翻斗內(nèi)。當翻斗內(nèi)的水量達到0.2 mm時，翻斗翻轉(zhuǎn)一次，在翻斗翻轉(zhuǎn)過程中，磁鋼接近干簧管，電路瞬間導通，完成一個單元雨量的轉(zhuǎn)換和信號輸出工作[1]。同時原先翻斗部件的下斗則上升，轉(zhuǎn)換為上斗。重復上述動作，可間斷地循環(huán)記量降雨量。

3 人工觀測與JDZ-02型翻斗式雨量計測量對比分析

3.1 分析依據(jù)

對運城市的人工降水量和JDZ-02型翻斗雨量計采用匯編成果進行分析，資料真實可靠。參照《降水量觀測規(guī)范》（SL 21-2006）[2]中關于精度的要求，以下分析均以人工雨量計記錄雨量為真值，JDZ-02型翻斗式雨量計記錄雨量作為儀器記錄雨量，用絕對、相對誤差來評價降水量的合格率。

降水用相對誤差表示，其計算如下:

式中:＆為測量誤差，用百分數(shù)表示，%；P固為JDZ-02型翻斗式雨量計存儲雨量，mm；P人為人工觀測記錄雨量，mm。

對較小的降水，以絕對誤差表示。對其測量精度的要求也不一樣。儀器分辨率0.2 mm的量測精度要求如下:

降水量小于等于10.0 mm以絕對誤差表示，量測誤差不得超過±0.2 mm。

降水量大于10.0 mm以相對誤差表示，量測誤差不得超過±4%。

3.2 資料選用及分析

本次選用本市73處雨量站（見圖1）2016年6月～9月人工觀測與JDZ-02型翻斗式雨量計平行觀測降水量資料進行分析。

圖1 運城市雨量站點分布圖

3.2.1 日降水量誤差統(tǒng)計分析

以大廟水文站為例，對2016年日降水量進行人工觀測與JDZ-02型翻斗雨量計資料的誤差統(tǒng)計分析。大廟水文站的配套雨量站有西洛、澗張、神廟溝、楊家川和觀音殿站。大廟站2016年翻斗式、人工觀測降水量日雨量對比分析表見表1。

3.2.2 誤差分析

從表1可以看出，JDZ-02型翻斗式雨量計對降雨量和日最大降雨量的測量都較準確，2016年6月～9月六個站點的降雨量平均誤差分別為3.2%、4.9%、4.0%和0.2%，日最大降雨量平均誤差分別為-3.1%、0.1%、0.0%和-0.7%，除了2016年7月降雨量平均誤差為4.9%略大于4%的規(guī)范要求外，其他測量數(shù)據(jù)平均誤差均滿足規(guī)范要求，甚至達到測量數(shù)據(jù)無誤差的標準。

表1 大廟站2016年人工觀測與JDZ-02型翻斗雨量計觀測日雨量對比分析表

3.2.3 誤差原因分析

（1）翻斗的翻轉(zhuǎn)需要短暫的時間，在其翻轉(zhuǎn)的前半段時間內(nèi)，可能有額外的雨水流入已經(jīng)容納規(guī)定雨量的斗內(nèi)使觀測值偏小，在雨強較大時，這一誤差較為明顯，而且這種誤差能減少但無法根除。

（2）翻斗內(nèi)有灰塵或其它雜質(zhì)，會增加翻斗的重量而提前翻轉(zhuǎn)，使測的雨量偏大。

（3）由于風力較大時，流經(jīng)不同高度器口上方的大氣流線不同，引起降水跡線偏離而導致的誤差，這種由降水空間分布不均導致的差值可避免。

4 結論

綜上所述，與人工觀測數(shù)據(jù)相比，JDZ-02型翻斗式雨量計測量多站月降水量、日降雨量以及日最大降雨量的平均誤差基本都在4%的范圍內(nèi)，通過對導致JDL-02型翻斗式雨量計測量結果出現(xiàn)誤差的各種情況進行分析，并根據(jù)《降水量觀測規(guī)范》（SL 21-2006）的有關規(guī)定，JDZ-02型翻斗式雨量計測量精度符合規(guī)定要求，可在運城市水文測量中正常使用，但在使用中應注意以下問題:

（1）經(jīng)常用濕布擦拭承雨器口，并將雨量器外殼打開，擦拭漏斗內(nèi)的雜物，翻斗部件的成水斗室如泥沙等，去除翻斗內(nèi)有灰塵或其它雜質(zhì)，以免增加翻斗的重量而提前翻轉(zhuǎn)，使測的雨量偏大；

（2）注意檢查儀器氣泡是否居中，如果翻斗雨量計計量組件沒有處于水平狀態(tài)，會使測的雨量偏大或偏??；

（3）要在雨量觀讀范圍內(nèi)使用，不定時的檢查儀器運行情況，出現(xiàn)問題立馬解決，無法處理時，采用人工觀測，同時要核對其顯示時間的正確性，以確保資料的真實準確。