□張巧云（南陽水文水資源勘測(cè)局）

0 前言

何口水文站位于澧河右岸舞陽縣姜店鄉(xiāng)凍莊村。1955年6月由河南省水利廳設(shè)立，現(xiàn)由河南省漯河水文水資源勘測(cè)局管理。該站是淮河三級(jí)支流澧河上的重要控制站，控制流域面積2124km2。該站是省級(jí)重要水文站，多年平均降雨量804.00mm，多年平均徑流量5.59億m3。

何口水文站觀測(cè)項(xiàng)目有降水、水位、流量、蒸發(fā)、水文調(diào)查、水質(zhì)、初終霜、冰清、墑情。汛期常用的雨量觀測(cè)儀器有虹吸式雨量計(jì)和JDZ05型翻斗式雨量計(jì)。為節(jié)省人力、減少錯(cuò)誤、提高工作效率與精度，2014年河南省水文水資源局對(duì)何口水文站新配一套精度為SL3-1型，精度可以達(dá)到0.10mm的雙翻斗式雨量計(jì)，漯河水文局為了確保雙翻斗式雨量計(jì)觀測(cè)資料的可靠性及精度，將何口水文站的虹吸雨量計(jì)與雙翻斗式雨量計(jì)放在同一觀測(cè)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)。現(xiàn)將雙翻斗式雨量計(jì)與虹吸式自己雨量計(jì)2014年8月23日至10月18日對(duì)比觀測(cè)的降水量資料誤差情況，作如下分析：

1 兩種雨量計(jì)工作原理

1.1 虹吸式雨量計(jì)工作原理

虹吸式雨量計(jì)是利用虹吸原理對(duì)雨量進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，當(dāng)有降水時(shí)，降雨由承水器收集，經(jīng)大、小漏斗和進(jìn)水管進(jìn)入浮子室，持續(xù)的降水引起浮子室內(nèi)水位升高，從而使浮子室內(nèi)浮子隨之升高，并帶動(dòng)浮子桿上的記錄筆在記錄紙上運(yùn)動(dòng)，作出相應(yīng)記錄。當(dāng)降水量累計(jì)達(dá)10mm時(shí)，虹吸管進(jìn)行虹吸，當(dāng)虹吸結(jié)束時(shí)，浮子降落到起始位置。雨量計(jì)中的自記鐘通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)記錄紙筒旋轉(zhuǎn)，從而使記錄筆在記錄紙上作出相應(yīng)的時(shí)間記錄。根據(jù)記錄曲線，可以判斷出降水的起止時(shí)間、降水強(qiáng)度和降水量。

1.2 雙翻斗式雨量計(jì)工作原理

雙翻斗式雨量傳感器分成上下兩層，上層是過渡翻斗，下層為計(jì)量翻斗。當(dāng)降水到一定量后，過渡翻斗發(fā)生翻轉(zhuǎn)，降水通過節(jié)流管全部流入計(jì)量翻斗，節(jié)流管的作用是控制一定的雨水通過速度（雨強(qiáng)），此時(shí)計(jì)量翻斗并不翻轉(zhuǎn)，降水繼續(xù)注入儀器，過渡翻斗發(fā)生第二次翻轉(zhuǎn)，降水再次通過節(jié)流管流入計(jì)量翻斗。在流入過程中，計(jì)量翻斗發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，從而輸入接點(diǎn)通斷信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。然后脈沖信號(hào)通過傳輸線傳輸?shù)睫k公室內(nèi)采集器。

2 降水量對(duì)比分析

2.1 比測(cè)時(shí)間的選用

由于雙翻斗式雨量計(jì)在2014年8月22日安裝完成，故選擇2014年8月23日至10月18日期間的降水量資料作為比測(cè)。

2.2 降水量對(duì)比分析

根據(jù)SL21-90《降水量觀測(cè)規(guī)范》以及SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)精度要求，以下分析均以虹吸式自記雨量計(jì)觀測(cè)值作為真值，SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)觀測(cè)值，用降水天數(shù)、日雨量及累計(jì)降水量的絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差來進(jìn)行對(duì)比分析，要求如下：

一是降水量≤10mm時(shí)，以絕對(duì)誤差表示，量測(cè)誤差≤±0.40mm；二是降水量>10mm時(shí)，以相對(duì)誤差表示，量測(cè)誤差≤±4mm。

2.2.1 降水日數(shù)對(duì)比分析

2014年8月23日至10月18日對(duì)比觀測(cè)期間，虹吸式雨量計(jì)共觀測(cè)降水天數(shù)21d、翻斗式雨量計(jì)共觀測(cè)降水天數(shù)21d，見表，兩者觀測(cè)降水量日數(shù)一致。

2.2.2 日降水量對(duì)比分析

根據(jù)表一列表對(duì)比分析，翻斗式雨量計(jì)選擇了21d日降水量與虹吸式雨量計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)觀測(cè)值與虹吸式雨量計(jì)記錄值存在著差值。其中，翻斗式雨量計(jì)降水量≤10mm的天數(shù)是13d，超過誤差允許范圍為2d，合格率為84.60%；降水量>10mm的天數(shù)為8d，都在誤差允許范圍內(nèi)，合格率100%，通過對(duì)誤差較大的9月7日與8日日降水量分析檢查，原因是因?yàn)閮x器原因引起，信號(hào)線擋住翻斗，導(dǎo)致彈跳不正常，導(dǎo)致翻斗式雨量計(jì)觀測(cè)值較少。根據(jù)對(duì)比分析結(jié)果，SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)觀測(cè)值與虹吸式雨量計(jì)記錄值是吻合的，SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)性能比較穩(wěn)定可靠。

表1 虹吸式雨量計(jì)與翻斗式雨量計(jì)降水量誤差對(duì)比分析表

2.2.3 累計(jì)降水量對(duì)比分析

通過對(duì)表1對(duì)比分析可以看出，8月23日至10月18日翻斗式雨量計(jì)累計(jì)降水量為283.50mm，虹吸式雨量計(jì)觀測(cè)值為280.20mm，兩者絕對(duì)誤差為-3.30mm，相對(duì)誤差為-1.18%，均在《降水量觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定的誤差允許范圍±4%以內(nèi)，說明SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)可以滿足規(guī)范要求。

2.2.4 降水量較大值分析

通過表1日降水量>30mm以上進(jìn)行分析，共有4次日降水量>30mm，相對(duì)誤差分別為8月30日1.98%、9月11日3.88%、9月14日0.96%，9月27日0.00%，均在允許范圍以內(nèi)，結(jié)果分析表明，SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)在降水量強(qiáng)度比較大的條件下能正常使用。

3 虹吸式雨量計(jì)與SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)誤差分析

3.1 儀器的初始誤差

在初始干燥的情況下，降水在儀器經(jīng)過的位置都會(huì)留下水珠，水膜，都無法在儀器中得到計(jì)量，這是一個(gè)系統(tǒng)誤差，與降水量、降水強(qiáng)度基本無關(guān)。由于進(jìn)行比測(cè)的兩種降水量觀測(cè)儀器新舊程度不一樣，虹吸式雨量計(jì)使用時(shí)間較長(zhǎng)，而SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)是全新的儀器，所以說存在著虹吸式雨量計(jì)日降水量觀測(cè)值較小的情況。

3.2 天氣因素影像

無論哪種雨量計(jì)都是安裝在野外，經(jīng)過一段時(shí)間后，翻斗式雨量計(jì)的傳感器的可動(dòng)部件翻斗必須和雨水接觸，整個(gè)儀器更是暴露在雨水之中，夾帶塵土的雨水，都會(huì)影響翻斗式雨量計(jì)的正常工作，降低了其雨量測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以說要對(duì)翻斗式雨量計(jì)進(jìn)行檢查，漏斗內(nèi)是否有雜物、翻斗內(nèi)是否有泥沙、翻斗轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活、排水是否通暢，及時(shí)進(jìn)行清理，確保儀器的正常運(yùn)行。

3.3 人為因素影響

儀器安裝不牢固、承雨器口不水平、翻斗支架上的圓水準(zhǔn)泡不居中，都可能影響降水量觀測(cè)不準(zhǔn)。

4 結(jié)語

通過對(duì)虹吸式自記雨量計(jì)與SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)的觀測(cè)資料的對(duì)比分析、誤差分析，得出結(jié)論如下。

SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)使用方便，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，虹吸式自記雨量計(jì)每天都需要在露天觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)更換雨量紙、加墨水、上自記鐘發(fā)條等工作，翻斗式雨量計(jì)只需要觀察時(shí)鐘是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，電壓是否正常，并且都在室內(nèi)完成。

虹吸式雨量計(jì)是機(jī)械信號(hào)，不便于將降雨量轉(zhuǎn)換成可供處理的電信號(hào)輸出，不便于自動(dòng)記錄和遙測(cè)系統(tǒng)，客觀上限制了發(fā)展，而SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)信號(hào)輸出簡(jiǎn)單，適合自動(dòng)化、數(shù)字化管理。

虹吸式雨量計(jì)存在底水情況，是每次虹吸結(jié)束后，浮子桿上的記錄筆不可能絕對(duì)歸零，容易差生零點(diǎn)誤差。

SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)性能穩(wěn)定，因?yàn)镾L3-1型雙翻斗式雨量計(jì)采集器可以采用220V交流電與12V直流電，當(dāng)采集器采用可以自動(dòng)處理數(shù)據(jù)時(shí)，SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)就能較穩(wěn)定地長(zhǎng)期工作；而虹吸式自記雨量計(jì)采用機(jī)械方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生計(jì)時(shí)誤差，不能自動(dòng)化記錄和傳輸，也就不能用于自動(dòng)化系統(tǒng)和長(zhǎng)期記錄。

通過數(shù)據(jù)對(duì)比觀測(cè)與實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為SL3-1型雙翻斗式雨量計(jì)更適用于何口水文站，能減少何口水文站勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率，能夠?yàn)殇鸷邮蟹姥刺峁┛煽繙?zhǔn)確及時(shí)的降水信息，對(duì)漯河水文局的水文自動(dòng)化發(fā)展有著重大意義。