陆水水库（坝上）站两种不同分辨率雨量计观测数据对比分析

瞿兰兰 易小力 陈亚健 邓葵阳

摘要：为提高降水量观测成果精度，且为防汛测报工作提供有力的数据支撑，基于陆水水库（坝上）站使用的两种不同分辨率雨量计同期测得2017～2019年降水观测资料，分别从仪器的结构性能、年降水量、月降水量、日降水量、降水日数等方面进行了对比分析，研究了不同分辨率的雨量计对雨量观测结果的影响程度。分析结果表明：在雨强较大时，分辨率为0.5 mm的20 cm JDZ05-1型翻斗式雨量计雨量观测数据代表性较好，反之，分辨率为0.1 mm的JFZ-01型数字雨量计雨量观测数据代表性较好。

关键词：不同分辨率雨量计;降水量;观测精度;对比分析;陆水水库

中图法分类号：P332.1 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.09.003

文章编号：1006 - 0081（2021）09 - 0021 - 05

0 引 言

随着水文信息化的发展，雨量计的型式也愈发多样，翻斗式雨量计结构简单，以脉冲信号形式呈现降雨量信息，可自动传输数据、无需人工驻守观测、满足降雨量观测要求等优点，是水文自动测报行业使用的主流降雨观测仪器[1]。我国水文部门现使用的翻斗雨量计分辨率一般为0.5 mm（坝上站使用此分辨率）和0.2 mm。JFZ-01型数字式雨量计分辨率0.1 mm，与蒸发观测的记录精度相匹配，感雨灵敏度高，适应雨强范围大。有脉冲量（每0.1 mm降雨量）输出和实时累计降雨量输出，可直接与上位设备连接，实现高精度数据自动采集与传输，在水面蒸发站应用广泛。

在实际工作中，如何最大化减少因仪器计量误差带来的影响，如何辩证取用不同分辨率雨量计的计量值，增强降水数据可靠性，是很多水文工作者关注的问题。

本文基于陆水水库（坝上）站近几年已收集的不同分辨率雨量计降水量资料，从减少因计量仪器不同所带来的误差入手，分析了两种分辨率雨量计内部结构和主要性能的差异以及数值之间的区别与联系。实际应用时，需依据降水量数据的代表性辩证取用。

1 研究对象概况

陆水流域属亚热带湿润地区，流域内气候温和，多年平均气温16.8℃。多年平均降水量1 660 mm，雨季早，雨水丰沛，由南向北递减。陆水水库（坝上）站位于湖北省赤壁市陆水水库三峡试验坝坝址右岸附近，始建于1959 年，为收集陆水水库建成后各项水力因子资料的基本站（水库站）。观测项目有水位、水温、降水量、水面蒸发以及气象辅助项目。具体地理位置见图1。

本次研究对象为陆水水库（坝上）站分别使用的两种不同分辨率雨量计：①分辨率为0.5 mm的20 cm JDZ05-1型翻斗式雨量计（下文简称“0.5 mm分辨率雨量计”）;②与E-601型蒸发器配套使用的分辨率为0.1 mm JFZ-01型数字雨量计（下文简称“0.1 mm分辨率雨量计”）。两种雨量计均位于陆水水库（坝上）站蒸发气象观测场的偏西南角方向，相距约2 m。现场情况见图2。

2 雨量计对比分析

2.1 雨量计结构及主要性能对比

0.5 mm分辨率雨量计由承雨器件、计量组件等组成（图3）。承雨器件用于采集、承接降雨，包括承雨器、防虫网、漏嘴、筒身等。计量组件是一个翻斗式机械双稳态秤重机构，其功能是将以mm计的降雨深度转换为以g（或mL）计的相应单元重量（或体积），在降雨过程中，用开关量的形式将采集的信息量同步输出[2-3]。

0.1 mm分辨率数字雨量计是徐州市伟思水务科技有限公司生产的FFZ-01Z型数字水面蒸发站的组成部分，其内部结构见图4。

对比两种不同分辨率雨量计的主要性能及参数（表1）可知：两种雨量计的降雨强度测量范围、工作环境温度、湿度以及输出信号的方式均不同。

2.2 日雨量对比

2017～2019年4～8月（汛期）选取0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计同期测得日降水量进行相关性比对分析，点据总数918个。最终统计结果见图5。

由图5可知，0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计日雨量有良好的相互关系，两者可用正相关的线性关系式表示。

此外对比这两个雨量计的日雨量差值，得出结果如表2所示。

从表2可知，0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计日雨量累计值存在一定差异，考虑到日雨量差值大多分布在±2.3 mm之间，故舍弃极端差值4.7 mm，最终得出两种雨量计的日累計值之间的差值约在±1.1～±2.3 mm之间，该差值的平均值范围在0.1～0.2 mm之间。

2.3 月雨量对比

选取陆水水库（坝上）站2017～2019年0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计的每月雨量进行数据对比，得出结果见图6～7。

结合图6与图7可知，0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计月降水总量、月极值变化趋势一致;此外，0.5 mm分辨率雨量计月降水总量多于0.1 mm分辨率雨量计月降水总量。大体情况下，0.5 mm分辨率雨量计月降水量多于0.1 mm分辨率雨量计月降水量。两者之间的差值变幅在-0.2～12.6 mm之间，较日雨量差值变幅偏大。

2.4 年雨量对比

选取陆水水库（坝上）站2017～2019年0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计的年降水总量、年最大降水量、年降水日数分别进行数据对比，得出结果如图8～9。

由图8～9可知，0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计年降水总量变化趋势一致，但总体上，0.5 mm分辨率雨量计年降水总量、年最大降水量均大于0.1 mm分辨率雨量计年降水总量。

0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计年降水日数变化趋势一致，从数值方面讲，0.1 mm分辨率雨量计年降水日数多于0.5 mm分辨率雨量计，原因是雨量计自身测量精度导致，0.1 mm分辨率雨量计较0.5 mm分辨率雨量计灵敏，低于0.5 mm量程的雨量均被记录，微雨天数增多，故年降水日数远多于0.5 mm分辨率雨量计。

此外，对比2017～2019年同期降水量数据发现，两种不同分辨率雨量计年最大降水量出现的日期均一致。

由上述内容可知，0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计降水量数据相关性极大，变化趋势、极值出现的时间一致，较大区别在于降水日数以及两者之间降水量差值。

2.5 优缺点比对

0.5 mm分辨率雨量计的优点是自动化程度较高，可及时获取降水量，降雨量资料易于保存和传输，工作运行环境温度范围广，维护成本低，是当前水文行业应用最广泛的雨量计。缺点是降雨强度测量范围偏小（4 mm/min以下），微雨测量精度差;由于工艺程度和设计本身的缺陷，无法避免计量翻斗的倾角误差。

0.1 mm分辨率雨量计的优点是自动化程度高，感雨灵敏度和准确度高，适应雨强范围大。缺点是该仪器为蒸发一体机配套辅助项目，雨量采集数据系列少（只有每日08：00雨量），大雨强测量精度差，虹吸管易堵塞，维护成本大。

3 结 论

通过比对陆水水库（坝上）站使用的两种雨量计同期测得2017～2019年降水观测资料，可以得出以下结论。

（1）0.5 mm分辨率雨量计与0.1 mm分辨率雨量计的观测序列具有较好的相关性与一致性，两者各有优缺点。

（2）由于不同分辨率的雨量计仪器本身传感器的灵敏度（分辨率）不同，导致降水量测量精度不同。0.1 mm分辨率的翻斗雨量计能较好地测得微雨，保证测量降雨的可靠性，但其精度往往较差;虽然0.5 mm分辨率的翻斗雨量计有较高的测量精度，对微雨却往往感应不到，致使降雨资料在小雨强数据方面不完整。

（3）实际工作中，在雨强较大时，0.5 mm分辨率雨量计雨量观测数据代表性较好，反之，0.1 mm分辨率雨量计雨量观测数据代表性较好。需视情况辨证使用。

参考文献：

[1] 程孟孟，杜成寿，郑桂平. 陆水流域水文特性分析[J]. 人民长江，2013（9）：56-57，69.

[2] 高小娅，耿楠，丁扬威，等. 关于提升JDZ05-1型翻斗式雨量计测量精度的方法研究[J]. 浙江水利科技，2017（5）：5-6，21.

[3] 刘振东，舒大兴. 翻斗式雨量計的误差分析[J]. 中国科技论文在线，2006（8）：1-4.

（编辑：唐湘茜）

Rain data comparative analysis of 2 gauges with different resolutions at Lushui Reservoir （Bashang） Station

QU Lanlan1，YI Xiaoli2，CHEN Yajian1，DENG Kuiyang1

（1. Chibi Branch of Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology， Changjiang

Water Resources Commission， Chibi 437300， China;  2. Wanzhou Branch of Upper Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission， Wanzhou 404000， China）

Abstract：In order to improve the accuracy of precipitation observation results and provide strong data support for flood prevention and forecasting， based on the precipitation observation data of 2017～2019 measured synchronously by two rain gauges with different resolutions at Lushui Reservoir （Bashang） Station， the comparative analysis is carried out from the aspects of instrument structure performance， annual precipitation， monthly precipitation， daily precipitation and precipitation days. The influence of different resolution rain gauges on rainfall observation results is studied. The final analysis results show that when the rainfall intensity is large， the rainfall observation data of 20 cm JDZ05-1 tipping bucket rain gauge with resolution of 0.5 mm is better representative， on the contrary， the rainfall observation data of JFZ-01 digital rain gauge with resolution of 0.1 mm is better representative.

Key words：rain gauge with different resolution;precipitation; observation accuracy; comparative analysis; Lushui Reservoir