何口水文站双翻斗式雨量计比测试验浅析

□张巧云（南阳水文水资源勘测局）

0 前言

何口水文站位于澧河右岸舞阳县姜店乡冻庄村。1955年6月由河南省水利厅设立，现由河南省漯河水文水资源勘测局管理。该站是淮河三级支流澧河上的重要控制站，控制流域面积2124km2。该站是省级重要水文站，多年平均降雨量804.00mm，多年平均径流量5.59亿m3。

何口水文站观测项目有降水、水位、流量、蒸发、水文调查、水质、初终霜、冰清、墒情。汛期常用的雨量观测仪器有虹吸式雨量计和JDZ05型翻斗式雨量计。为节省人力、减少错误、提高工作效率与精度，2014年河南省水文水资源局对何口水文站新配一套精度为SL3-1型，精度可以达到0.10mm的双翻斗式雨量计，漯河水文局为了确保双翻斗式雨量计观测资料的可靠性及精度，将何口水文站的虹吸雨量计与双翻斗式雨量计放在同一观测场进行对比观测。现将双翻斗式雨量计与虹吸式自己雨量计2014年8月23日至10月18日对比观测的降水量资料误差情况，作如下分析：

1 两种雨量计工作原理

1.1 虹吸式雨量计工作原理

虹吸式雨量计是利用虹吸原理对雨量进行连续观测，当有降水时，降雨由承水器收集，经大、小漏斗和进水管进入浮子室，持续的降水引起浮子室内水位升高，从而使浮子室内浮子随之升高，并带动浮子杆上的记录笔在记录纸上运动，作出相应记录。当降水量累计达10mm时，虹吸管进行虹吸，当虹吸结束时，浮子降落到起始位置。雨量计中的自记钟通过传动机构带动记录纸筒旋转，从而使记录笔在记录纸上作出相应的时间记录。根据记录曲线，可以判断出降水的起止时间、降水强度和降水量。

1.2 双翻斗式雨量计工作原理

双翻斗式雨量传感器分成上下两层，上层是过渡翻斗，下层为计量翻斗。当降水到一定量后，过渡翻斗发生翻转，降水通过节流管全部流入计量翻斗，节流管的作用是控制一定的雨水通过速度（雨强），此时计量翻斗并不翻转，降水继续注入仪器，过渡翻斗发生第二次翻转，降水再次通过节流管流入计量翻斗。在流入过程中，计量翻斗发生了翻转，从而输入接点通断信号，产生一个脉冲信号。然后脉冲信号通过传输线传输到办公室内采集器。

2 降水量对比分析

2.1 比测时间的选用

由于双翻斗式雨量计在2014年8月22日安装完成，故选择2014年8月23日至10月18日期间的降水量资料作为比测。

2.2 降水量对比分析

根据SL21-90《降水量观测规范》以及SL3-1型双翻斗式雨量计精度要求，以下分析均以虹吸式自记雨量计观测值作为真值，SL3-1型双翻斗式雨量计观测值，用降水天数、日雨量及累计降水量的绝对误差、相对误差来进行对比分析，要求如下：

一是降水量≤10mm时，以绝对误差表示，量测误差≤±0.40mm；二是降水量>10mm时，以相对误差表示，量测误差≤±4mm。

2.2.1 降水日数对比分析

2014年8月23日至10月18日对比观测期间，虹吸式雨量计共观测降水天数21d、翻斗式雨量计共观测降水天数21d，见表，两者观测降水量日数一致。

2.2.2 日降水量对比分析

根据表一列表对比分析，翻斗式雨量计选择了21d日降水量与虹吸式雨量计进行对比分析，SL3-1型双翻斗式雨量计观测值与虹吸式雨量计记录值存在着差值。其中，翻斗式雨量计降水量≤10mm的天数是13d，超过误差允许范围为2d，合格率为84.60%；降水量>10mm的天数为8d，都在误差允许范围内，合格率100%，通过对误差较大的9月7日与8日日降水量分析检查，原因是因为仪器原因引起，信号线挡住翻斗，导致弹跳不正常，导致翻斗式雨量计观测值较少。根据对比分析结果，SL3-1型双翻斗式雨量计观测值与虹吸式雨量计记录值是吻合的，SL3-1型双翻斗式雨量计性能比较稳定可靠。

表1 虹吸式雨量计与翻斗式雨量计降水量误差对比分析表

2.2.3 累计降水量对比分析

通过对表1对比分析可以看出，8月23日至10月18日翻斗式雨量计累计降水量为283.50mm，虹吸式雨量计观测值为280.20mm，两者绝对误差为-3.30mm，相对误差为-1.18%，均在《降水量观测规范》规定的误差允许范围±4%以内，说明SL3-1型双翻斗式雨量计可以满足规范要求。

2.2.4 降水量较大值分析

通过表1日降水量>30mm以上进行分析，共有4次日降水量>30mm，相对误差分别为8月30日1.98%、9月11日3.88%、9月14日0.96%，9月27日0.00%，均在允许范围以内，结果分析表明，SL3-1型双翻斗式雨量计在降水量强度比较大的条件下能正常使用。

3 虹吸式雨量计与SL3-1型双翻斗式雨量计误差分析

3.1 仪器的初始误差

在初始干燥的情况下，降水在仪器经过的位置都会留下水珠，水膜，都无法在仪器中得到计量，这是一个系统误差，与降水量、降水强度基本无关。由于进行比测的两种降水量观测仪器新旧程度不一样，虹吸式雨量计使用时间较长，而SL3-1型双翻斗式雨量计是全新的仪器，所以说存在着虹吸式雨量计日降水量观测值较小的情况。

3.2 天气因素影像

无论哪种雨量计都是安装在野外，经过一段时间后，翻斗式雨量计的传感器的可动部件翻斗必须和雨水接触，整个仪器更是暴露在雨水之中，夹带尘土的雨水，都会影响翻斗式雨量计的正常工作，降低了其雨量测量的准确性，所以说要对翻斗式雨量计进行检查，漏斗内是否有杂物、翻斗内是否有泥沙、翻斗转动是否灵活、排水是否通畅，及时进行清理，确保仪器的正常运行。

3.3 人为因素影响

仪器安装不牢固、承雨器口不水平、翻斗支架上的圆水准泡不居中，都可能影响降水量观测不准。

4 结语

通过对虹吸式自记雨量计与SL3-1型双翻斗式雨量计的观测资料的对比分析、误差分析，得出结论如下。

SL3-1型双翻斗式雨量计使用方便，降低了劳动强度，虹吸式自记雨量计每天都需要在露天观测场内更换雨量纸、加墨水、上自记钟发条等工作，翻斗式雨量计只需要观察时钟是否运转正常，电压是否正常，并且都在室内完成。

虹吸式雨量计是机械信号，不便于将降雨量转换成可供处理的电信号输出，不便于自动记录和遥测系统，客观上限制了发展，而SL3-1型双翻斗式雨量计信号输出简单，适合自动化、数字化管理。

虹吸式雨量计存在底水情况，是每次虹吸结束后，浮子杆上的记录笔不可能绝对归零，容易差生零点误差。

SL3-1型双翻斗式雨量计性能稳定，因为SL3-1型双翻斗式雨量计采集器可以采用220V交流电与12V直流电，当采集器采用可以自动处理数据时，SL3-1型双翻斗式雨量计就能较稳定地长期工作；而虹吸式自记雨量计采用机械方式进行转动，会产生计时误差，不能自动化记录和传输，也就不能用于自动化系统和长期记录。

通过数据对比观测与实际运行经验，笔者认为SL3-1型双翻斗式雨量计更适用于何口水文站，能减少何口水文站劳动强度、提高工作效率，能够为漯河市防汛提供可靠准确及时的降水信息，对漯河水文局的水文自动化发展有着重大意义。