徐 健

（昌吉水文勘測(cè)局，新疆 昌吉 831100）

0 引言

洪澇災(zāi)害是全球最頻繁的自然災(zāi)害之一，一旦發(fā)生將給人民群眾造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)聯(lián)合國(guó)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)調(diào)查結(jié)果，全球洪災(zāi)比例占所有自然災(zāi)害的一半，尤其是在亞洲地區(qū)，更是接近70%。水文監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是洪澇災(zāi)害預(yù)警的基礎(chǔ)，自動(dòng)的水文預(yù)報(bào)裝置能為地區(qū)防汛部門(mén)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及支撐依據(jù)，在應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害、水資源調(diào)度、搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)，才能做到及時(shí)決策。精確的區(qū)域(流域)面雨量值，對(duì)水文預(yù)報(bào)、洪澇災(zāi)害預(yù)警、天氣預(yù)報(bào)等都有著重要的意義。水文站觀測(cè)站是提供水文氣象的主要設(shè)施，水文預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性取決于流域水文模型的精確程度與實(shí)時(shí)流域面雨量值的準(zhǔn)確性[1～3]。目前國(guó)內(nèi)采用的流域水文模型經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行與驗(yàn)證，基本可保證預(yù)測(cè)的精確性；獲取精確流域面雨量最直接的方法就是布設(shè)極高密度的雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，傳統(tǒng)雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備多采用人工觀測(cè)、翻斗式雨量計(jì)、虹吸式雨量計(jì)等,自動(dòng)化程度不高，耗時(shí)費(fèi)工。JEZ02 融雪式雨量計(jì)可準(zhǔn)確估測(cè)降雨量、進(jìn)行中小尺度的數(shù)值降雨預(yù)報(bào)和對(duì)惡劣氣象條件下的降雨量進(jìn)行定量探測(cè)，自動(dòng)化水平高，減少人工測(cè)量的工作量，在洪水災(zāi)害預(yù)警中越來(lái)越具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[4～10]。

1 五圣宮站概況

本文選擇白楊河五圣宮水文站作為儀器觀測(cè)可靠性的試點(diǎn)水文站，該站于1980 年5 月由新疆水利廳昌吉州水電局設(shè)站，站址位于新疆吉木薩爾縣泉子街鎮(zhèn)公圣村，現(xiàn)測(cè)驗(yàn)斷面以上集水面積172 km2，屬?lài)?guó)家基本三類(lèi)水文站。氣象場(chǎng)建在測(cè)驗(yàn)河段左岸土梁上，海撥高度1347 m，面積為6 m×6 m，四周地勢(shì)相對(duì)開(kāi)闊，無(wú)遮擋物，區(qū)域代表性較好。

2 JEZ02 融雪式雨量計(jì)工作原理

為盡快實(shí)現(xiàn)水文工作自動(dòng)化、信息化，采用JEZ02 型雨雪量計(jì)用于觀測(cè)自然界降水（雨、雪）量，同時(shí)將一定的降水量轉(zhuǎn)換為相關(guān)信息量輸出，以滿(mǎn)足信息傳輸、處理、記錄和顯示的需要。該型號(hào)雨量計(jì)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，主要由8 部分組成，核心部件為控制單元和翻斗部件。

圖1 結(jié)構(gòu)特征與工作原理

JEZ 系列雨雪量計(jì)是在JDZ 系列雨量傳感器的基礎(chǔ)上，增加以下各功能部件：（1）加熱膜；（2）溫度傳感器及其控制器件；（3）阻燃型隔熱保溫材料等組成。加熱控制部分置于一防水盒內(nèi)，安裝于筒側(cè)（該部分稱(chēng)之為控制單元），雨（雪）量筒采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外層間置保溫材料。工作環(huán)境溫度較高時(shí)，產(chǎn)品與常規(guī)翻斗式雨量傳感器工作方式無(wú)異。內(nèi)層筒的內(nèi)壁安裝有加熱膜A（以下稱(chēng)之為環(huán)境加熱膜），該加熱膜用于使筒內(nèi)環(huán)境溫度始終保持在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，以確保水流通暢，無(wú)冰凍阻塞。

承水器底部安裝有加熱膜B（以下稱(chēng)之為融雪加熱膜），該加熱膜用于融化承水器內(nèi)的積雪；通過(guò)雨雪感應(yīng)器感應(yīng)外部雨雪情況。融雪加熱膜采用區(qū)間加熱工作方式，這樣既可確保正常融雪，又不致形成“干燒”或降雪強(qiáng)度較小時(shí)“瞬間蒸發(fā)”的現(xiàn)象。

降雨（雪）由承水器匯集后，流經(jīng)翻斗部件，使翻斗產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。翻斗每翻轉(zhuǎn)一次，翻斗部件發(fā)出一個(gè)通斷脈沖。據(jù)此，就可以測(cè)得降雨（雪）量大小。

3 JEZ02 型融雪式雨量計(jì)與人工觀測(cè)的對(duì)比分析

為了保證JEZ02 型融雪式雨量計(jì)在五圣宮水文站應(yīng)用中的準(zhǔn)確性，對(duì)人工觀測(cè)與JEZ02 型雨雪量計(jì)觀測(cè)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證儀器觀測(cè)的精度，默認(rèn)人工觀測(cè)的準(zhǔn)確性最高。通過(guò)對(duì)比分析氣溫資料序列的差異，建立相關(guān)關(guān)系來(lái)比較儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

3.1 比測(cè)方法

人工觀測(cè)與JEZ02 型雨雪量計(jì)同時(shí)對(duì)比觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間為2019 年7 月21 日～10 月15 日。人工觀測(cè)降水天數(shù)24 日，自動(dòng)氣象站測(cè)得降水天數(shù)24 日。觀測(cè)嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。

3.2 比測(cè)成果分析

3.2.1 注水試驗(yàn)

JEZ02 型雨雪量計(jì)于2019 年7 月18 日做注水試驗(yàn)：為模擬每分鐘4 mm 的降水強(qiáng)度下JEZ02 型雨雪量的測(cè)試精度，首先量取10 mm 的清水，在2.5 分鐘中全部注入完成。此時(shí)，雨雪量計(jì)計(jì)顯示的降水量為9. 8 mm，與實(shí)際降水量誤差為0.2 mm。該誤差不超過(guò)降水觀測(cè)允許誤差值±0.4 mm，因此，JEZ02 型雨雪量計(jì)精度可滿(mǎn)足要求。

3.2.2 對(duì)比分析

為分析JEZ02 型雨雪量計(jì)與人工觀測(cè)結(jié)果的相關(guān)性，采用方法為：人工觀測(cè)降水天數(shù)24 日，總降水量為100.1 mm；JEZ02 型雨雪量計(jì)測(cè)得降水天數(shù)24 日，總降水量為99.6 mm，兩者的絕對(duì)誤差為0.5 mm。經(jīng)分析造成誤差的原因主要是外部環(huán)境變化所造成的影響，人工觀測(cè)與JEZ02 型雨雪量計(jì)觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)分析JEZ02 型雨雪量計(jì)測(cè)得的降水?dāng)?shù)據(jù)和人工同步觀測(cè)的降水?dāng)?shù)據(jù)系列建立相關(guān)關(guān)系，通過(guò)相關(guān)分析，降水?dāng)?shù)據(jù)成一帶狀，呈線(xiàn)性關(guān)系，相關(guān)性很好，人工觀測(cè)結(jié)果與JEZ02 型雨雪量計(jì)關(guān)系滿(mǎn)足Y=1.0014X+0.015（R2=0.9996），見(jiàn)圖2。

表1 五圣宮站JEZ02 型雨雪量計(jì)與人工觀測(cè)降水量

圖2 五圣宮站JEZ02 型雨雪量計(jì)與人工觀測(cè)降水量相關(guān)圖

經(jīng)過(guò)相關(guān)關(guān)系公式率定后，JEZ02 型雨雪量計(jì)觀測(cè)的同時(shí)段降水量為100.1 mm，誤差為0.0 mm，滿(mǎn)足《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)范要求，相關(guān)關(guān)系公式合理，可作為本站JEZ02 型雨雪量計(jì)降水量訂正使用。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文以人工觀測(cè)的數(shù)據(jù)為真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)照組，對(duì)比分析JEZ02 型雨量計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，研究結(jié)果表明：人工觀測(cè)與JEZ02 型雨雪量計(jì)觀測(cè)的降水?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系很好，兩者滿(mǎn)足Y=1.0014X+0.015（R2=0.9996），經(jīng)相關(guān)關(guān)系公式訂正后的JEZ02 型雨雪量計(jì)觀測(cè)的降水量與人工觀測(cè)降水量誤差為0.0 mm,滿(mǎn)足《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)范要求，相關(guān)關(guān)系公式合理，可作為本站JEZ02 型雨雪量計(jì)降水量訂正使用。

JEZ02 型雨雪量計(jì)安裝、調(diào)試準(zhǔn)確，且保證電源充足，在設(shè)備不發(fā)生故障和無(wú)特殊天氣的情況下與人工觀測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)非常接近，絕對(duì)誤差小，可以替代人工觀測(cè)雨量在站使用，提高水文站觀測(cè)自動(dòng)化水平。

4.2 建議

JEZ02 型雨雪量計(jì)與人工觀測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)非常接近，絕對(duì)誤差小，可以替代人工觀測(cè)雨量在站使用。同時(shí)，冬季降雪或特殊天氣情況下還需采用人工觀測(cè)，對(duì)JEZ02 型雨雪量計(jì)每年進(jìn)行注水試驗(yàn)，根據(jù)天氣情況，不定期進(jìn)行校檢，校檢記錄應(yīng)符合要求，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)校正，保證資料的準(zhǔn)確性、連續(xù)性。