遙測雨量與人工雨量對比分析

周海英

（上海市奉賢區水文站，上海 201499）

1 概況

奉賢區位于長江三角洲南緣，太湖流域尾閭，上海市南部。境域北枕黃浦江、南臨杭州灣，擁有長31.6 km 的海岸線和長13.7 km 的黃浦江岸線，總面積695.35 km2。年平均降水量為1110.6 mm。

奉賢區水文站遙測系統自2010 年建成至今，已基本形成一套完整的水文自動監測系統運行維護體制，對中心站、遙測站點的運維有標準化操作規范。目前37 個水文測點全部納入水情遙測系統,實現了在規定時間內，及時準確、安全可靠地采集區域內所有測站的水情、雨情、風速風向以及其它相關信息。近幾年來，系統運行平穩有序，數據傳輸快速、準確，各類報汛信息的精度完全達到規范要求。

長時間以來，上海市奉賢區水文站一直采用DT350 固態存儲設備采集水文數據進行資料整編。DT350 固態存儲設備的主要特點是穩定、數據準確可靠。缺點是只能本地調取數據，無法定期自動上傳數據，基本一個月調取一次數據，實時性欠佳，而且DT350 現已停產。

本文根據現有資料，對遙測站雨量和人工雨量資料進行對比分析。

2 測站信息與雨量計特點

2.1 資料選取及測站基本信息

本次分析選取轄區內青村、金匯港南閘二個基本站2018 年、2019 年年度遙測站和人工降水資料進行對比分析。測站基本信息見表1。

表1 測站基本信息表

2.2 觀測場地與安裝情況

2 個測站觀測場均為地面觀測場，非強風區，周圍空曠、平坦，四周無明顯建筑物、樹林等障礙物遮擋。場內儀器之間、儀器與柵欄之間間距不小于2 m。場內地面平整，有均勻草層，草高未超過20 cm。觀測四周均設置了防護欄柵，欄柵不高于1.2 m。青村站和金匯港南閘站均設人工雨量器1 臺、自計雨量計2 臺，其中自計雨量計分別應用于水情遙測系統和固態存儲設備，儀器之間不互相影響，滿足觀測精度要求。

2 個測站的人雨量器和自記雨量計安裝高度均為0.7 m。人工雨量器安裝在特制的圓形鐵架上，以保證儀器位置不變。自記雨量計儀器底坐與基座連接牢固；各零部件安裝正確，調節水準氣泡居中；記錄存儲傳輸裝置安裝穩固，信號線和電源線連接正確、牢固；儀器調試和注水試驗結果符合儀器性能要求。

2.3 雨量計類型

遙測系統使用翻斗式自記雨量計采集降水量，型號為20 cmJDZ05，分辨率為0.5 mm，與人工雨量器安裝于同一雨量場內。翻斗式雨量計雨水由承水器匯集，通過滴嘴及引流管注入翻斗。當翻斗承接的水量達到0.5 mm 時，翻斗翻倒，磁剛對干簧管掃描，使干簧管接點因磁化而瞬間閉合1 次，送出1 個電路脈沖信號，相當于0.5 mm 降水量存入存儲器中。該儀器分辨率為0.5 mm，降水強度測量范圍為0.01 mm/min～4.00 mm/min。按照規范要求，每年汛前及汛后，對翻斗式雨量計都要進行滴水試驗，校準其誤差范圍，確保雨量計在誤差范圍內。

人工雨量器觀測降水量，采用2 段制，每天8 時、20 時觀測并記錄。人工雨量觀測人員均為專業培訓的水文技術人員。人工雨量觀測精度為0.1 mm。

3 資料比測分析

3.1 比測分析的方法

通過對兩組雨量數據的降水天數、年降水量、月降水量、日降水量進行分析，依據傳感器關于雨量記錄的誤差允許規定，當固態雨量器記錄雨量數值小于10 mm，且與排水量的絕對誤差在±0.2 mm；當固態雨量器記錄雨量數值大于10 mm，且與排水量的相對誤差在±4%，說明該雨量傳感器有適用價值。

3.2 比測分析

3.2.1 年降水量統計分析

對2 個測站2018 年、2019 年年降水量進行統計，結果見表2。

表2 年降水量統計表

年降水量最大誤差2.37%，最小誤差為0.83%；誤差天數最大為-9 d，最小為-4 d。其誤差范圍在±4%之內，降水天數因為人工雨量觀測采用0.1 mm 分辨率，遙測雨量采用0.5 mm 分辨率，故人工雨量觀測天數大于遙測雨量天數。

3.2.2 月降水量統計分析

對2 個測站2018 年、2019 年各月降水量進行統計，結果見表3。

表3 月降水量統計表

月降水量最大誤差3.21%，最小誤差為0.18%，其誤差范圍在±4%之內。

3.2.3 日降水量統計分析

按雨量≤10.0 mm，＞10 mm 兩種情況分別統計。

①當雨量≤10.0 mm 時，差值=遙測站雨量- 人工觀測雨量

②當雨量＞10.0 mm 時，差值=（遙測站雨量- 人工觀測雨量）/人工觀測雨量×100%

統計結果見表4。

表4 日降水量統計表

在≤10.0 mm 雨量區間，誤差均在-0.4 mm～0.4 mm 之間波動，平均誤差0.1 mm，由于兩種雨量器分辨率不一樣，降水量較小時，可能產生一個設備有降水量，一個設備沒有降水量，所以兩者之間的比測結果沒有參考意義，不能得出對遙測雨量數據誤差的判定。

在＞10.0 mm 雨量區間，平均誤差率最大為2.37%，最小為0.83%，日差值＞±4%的出現19 次，青村站2018 年出現4 次、2019 年出現4 次；金匯港南閘站2018 年出現4 次、2019 年出現4 次。單日最大誤差為5.75%。通過對19 次誤差＞±4%的雨量資料分析，基本出現在8 時連續降水或強降水的日期。由于人工測量時間與遙測時間有誤差，導致誤差率較大；由于強降水導致翻斗來不及翻轉影響降水數據，導致誤差率大。

4 誤差原因分析

通過對比分析，奉賢區水文站遙測雨量與人工雨量產生誤差的主要原因有以下幾點：

（1）兩種雨量設備位置不同，分辨率不同，引起誤差。人工雨量器和翻斗雨量計雖在同一個雨量場，但位置有所不同。遙測翻斗雨量計采用0.5 mm 分辨率的設備，人工觀測雨量采取0.1 mm 分辨率，因此在降水天數上，人工雨量降水天數要多于遙測站雨量降水天數。

（2）當降水強度較大或降水量較大時，翻斗雨量計盡管未達到0.5 mm 的降水量，由于降水產生較大沖擊力使翻斗提前翻轉，使遙測雨量計記錄雨量值偏大，且降雨越強，誤差越大。降水較小時，翻斗內雨量達不到0.5 mm，一種是被蒸發，一種是被記錄第二天的降水量，使第二天的降水量偏大。

（3）遙測站翻斗雨量計基本是一個星期運行維護一次，其間有可能集雨口內有昆蟲、塵土、樹葉等雜物導致堵塞，使降水不能實時記錄，造成偏差，使降水歷時被拉長，降水量也被影響。

（4）遙測翻斗雨量計與人工雨量采集時間不能完全同步，引起誤差。特別是日分界8 時如果有雨，導致雨量差異。

（5）遙測翻斗雨量計在運行過程中可能因承雨口不水平產生誤差。

（6）人工雨量觀測誤差。由于觀測人員的視差或是誤讀造成誤差。

5 結論

（1）奉賢區水文站遙測系統通過近10 a 的運轉，已基本形成一套完善的遙測系統管理運行方法，通過遙測雨量和人工觀測雨量數據的對比，雨量遙測數據基本穩定、可靠。年降水量最大誤差2.37%，最小誤差為0.83%；月降水量最大誤差3.21%，最小誤差為0.18%，都在±4%范圍之內。

（2）遙測站采用0.5 mm 分辨率的設備，每0.5 mm 降水漏斗一翻。人工觀測雨量采取0.1 mm 分辨率，因此在天數上，人工觀測雨量天氣略多于遙測站下雨天數。

（3）奉賢區水文站對遙測站汛前、汛后各做一次滴水試驗以校準遙測雨量設備。并在汛期，對產生暴雨后的雨量設備也要進行雨量桶的校測，確保了遙測雨量桶的準確性。

（4）通過比測資料，遙測雨量數據的準確度還是比較高的，已滿足規范要求，并且應用條件基本成熟。隨著水文信息技術越來越成熟，其數據采集、存儲、傳輸逐步實現現代化，而水文現代化也是總趨勢。

（5）遙測雨量站及時、準確的特性為防汛提供著第一手的水文資料。通過數據對比，奉賢區水情遙測數據完全可以逐步代替人工觀測數據，將數據納入整編系統。

（6）要進一步加強遙測系統的運行與維護管理，提升應急搶修能力、確保水情遙測數據的及時性、穩定性和準確性，為將來水情遙測數據應用于資料整編打好堅實的基礎。