翻斗式雨量計與磁致伸縮液位式雨量計比測分析

黃樂琦，馮國華

（1.廣西沿海水文中心東興水文中心站，廣西 東興 538000；2.北京金水燕禹科技有限公司，北京 100000）

1 儀器原理及工作方法

1.1 JDZ05-1型翻斗式雨量計

JDZ05-1型翻斗式雨量計由承雨器部件和計量部件等組成。雨水由最上端的承雨口進入承水器，落入引水漏斗，經漏斗口流入翻斗，當翻斗內的水量達到15.71 g（或mL）時，翻斗失去平衡翻倒將水倒出，隨著降雨持續，將使翻斗左右翻轉，接觸開關將翻斗翻轉次數變成電信號，送到記錄器，在累積計數器和自記鐘上讀出降水資料，如此往復即可將降雨過程測量下來。

主要技術指標：承雨口內徑為Φ200 mm；儀器分辨率為0.5 mm；降雨強度測量范圍為0.01～4 mm/min；翻斗計量誤差為≤±4%；輸出信號方式為磁鋼-干簧管式接點開關通斷信號；接點工作次數為1×107次；工作環境溫度范圍為-10℃～+50℃。

1.2 HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計

HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計是專門為蒸發系統配套設計。雨量計在測量時，電路單元產生電流脈沖，該脈沖沿著磁致伸縮線向下傳輸，并產生一個環形的磁場，探測桿外配有浮子，浮子沿探測桿隨液位的變化而上下移動。由于浮子內裝有一組永磁鐵，所以浮子同時產生一個磁場，當電流磁場與浮子磁場相遇時，產生一個“扭曲”脈沖，或稱“返回”脈沖。將“返回”脈沖與電流脈沖的時間差轉換成脈沖信號，從而計算出浮子的實際位置，測得液位，通過液位的變化計算得出雨量多少。

主要技術指標：承雨口內徑為Φ200 mm；雨量測量分辨率為0.015 mm；雨量測量精度為≤±0.1 mm；雨強測量范圍為0～17 mm/min；自動控制功能有自動補水和自動排水；通信距離為RTU無線傳輸；電源電壓為12VDC（±15%），不允許采用市電降壓供電，防止雷電損壞；太陽能電池系統為12 V/DC 105A/h，與蒸發器共用電瓶；環境溫度范圍為0℃～+55℃；儲存溫度范圍為-10℃～+60℃。

2 對比分析

2.1 測站基本情況

東興水文站觀測場有3個雨量計，分別為JDZ05-1型翻斗式雨量計、HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計與人工雨量計，3個雨量計安裝成一列，雨量計間距為2 m。

2.2 資料的選用與要求

采用2020年東興水文站全年雨量進行統計分析，數據分析中發現兩種自記雨量計雨量值相差過大的，同時參考人工觀測雨量值。試驗過程中，兩種自記雨量計都有發生故障，有些故障未能及時排除，導致數據不可信，對于故障期間的數據不予以采用。

2.3 資料分析

東興水文站整編數據采用JDZ05-1型翻斗式雨量計自記值，按《降水量觀測規范》（SL 21-2015）中關于測量精度的要求，用該型號的雨量值作為測量真值，HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計雨量值為測量值，用相對誤差來評價資料的合格率，計算公式為：

式中：δ為相對誤差，%；WH為HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計記錄的雨量；WJ為JDZ05-1型翻斗式雨量計記錄的雨量。相對誤差δ在±4%范圍內為合格[1]。

2.3.1 月降雨量分析

對2020年月降雨量進行分析，12個月降雨測量值均為有效值，有效樣本12個，相對誤差在±4%范圍內的有11個，樣本合格率達91.67%。2020年兩種雨量計月降雨測量誤差分析見表1。

表1 兩種雨量計月降雨測量誤差分析

2.3.2 不同雨量級降雨量分析

對2020年不同雨量級降雨總量進行分析，分為3類：小雨（24 h降雨量小于10 mm），中到大雨（24 h降雨量10～50 mm），暴雨及以上（24 h降雨量大于50 mm）。不同降雨量級兩種雨量計測量誤差分析見表2。由表2可以看出，小雨樣本數最多，中到大雨次之，暴雨及以上最少，3個總量相對誤差都在±4%范圍內，合格率達100%。

表2 不同降雨量級兩種雨量計測量誤差分析

2.3.3 日降雨量分析

對兩種雨量計自記的日降雨量進行線性分析（見圖1），得到其線性回歸方式為y=0.9 759x+0.0 408，相關系數R2為0.9 984，表明兩者擬合度高、相關性好。

圖1 兩種雨量計日降雨量線性分析

3 結語

本文對兩種自記雨量計2020年記錄的雨量值進行分析，結果表明：兩種雨量計降雨測量值擬合度高、相關性好，相對誤差在允許誤差范圍內；HY.JFZ-03型磁致伸縮液位式雨量計分辨率較高，記錄的雨量總值比JDZ05-1型翻斗式雨量計記錄的雨量總值大，更能反映實際的降雨過程。