三河閘水文站JDZ05-1型翻斗式雨量計比測分析

柳 斌，龍 俊，陳江云

（江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100）

1 測站基本情況

三河閘水文站位于江蘇省盱眙縣境內，是洪澤湖周邊地區具有代表性的降水、蒸發觀測站點，始建于1918 年，設站初期只有降雨量觀測項目，1950年增設水面蒸發量觀測項目。該站原址在中渡，1954年搬遷至三河閘管理處院內。近百年來，該站采集了大量的科學數據，在淮河流域的防汛抗旱、水文預報、工程管理、規劃設計、水資源評價、生態環境保護、航運等方面發揮著巨大作用，也見證了淮河流域人民與洪水抗爭的光輝歷史[1]。

目前該站降水、蒸發主要觀測儀器有20 cmJQR01標準式雨量計一套，20 cmJDZ05-1型翻斗式遙測雨量計一套，E601玻璃鋼蒸發皿一套。降雨量觀測有人工、遙測兩種方法，蒸發量觀測以人工觀測為主。

2 JDZ05-1型翻斗式雨量計工作原理

JDZ05-1型翻斗式雨量計由承雨器部件和計量部件等組成，如圖1 所示。承雨口采用國際標準口徑Φ200 mm。計量組件是一個翻斗式機械雙穩態秤重機構，其功能是將以毫米計的降雨深度轉換為信號輸出。雨水由上端的承水口進入承水器，落入接水漏斗，經漏斗口流入翻斗，當積水量達到一定高度（此型號儀器為0.5 mm）時，翻斗失去平衡翻倒。而每一次翻斗傾倒，都使翻斗上的磁鋼接近干簧管，磁鋼磁場激勵干簧管中的簧片，兩簧片分別被磁化成N、S極，異性相吸，導致開關閉合，電路導通，完成一個降雨數據的轉換和信號輸出工作，如此往復即可將降雨過程測量下來[2、3]。

圖1 翻斗式雨量計結構圖

3 觀測資料對比及分析

JDZ05-1型翻斗式雨量計在全國水文測站中使用較多，其穩定性、可靠性得到水文工作人員的認可。但在長期的使用中，也暴露出JDZ05-1型翻斗式雨量計一些缺點，如其最小分辨率為0.5 mm，無法記錄更小降雨量；在暴雨等雨強大的時候，翻斗翻轉過程中會造成雨量損失；在降雪或冰雹天氣，翻斗式雨量計無法及時準確記錄數據等。

本文選用2017 年三河閘水文站全年人工降雨量與JDZ05-1 型翻斗式雨量計遙測雨量進行對比分析。2017年全年降雨106 d，其中1月31日、2月7日、2 月8 日降雪量，以人工觀測為準校核遙測雨量，對比分析表見表1。

表1 三河閘水文站2017年遙測降雨量數據與人工數據對比表 mm

3.1 遙測無數據，人工有數據

三河閘水文站在2017 年共出現13 d 遙測數據為0 而人工觀測有降雨數據的情況，占全年降雨天數的12%，其中人工觀測降雨最大數據為8 月9 日0.5 mm，人工觀測降雨最小數據為0.2 mm，出現這種情況的原因是翻斗式雨量計的最小分辨率為0.5 mm，當降雨量大于0.5 mm時，翻斗才會翻動并記錄數據。

3.2 遙測數據小于人工數據

2017年遙測數據小于人工數據的天數有62 d，占到全年降雨天數的58%。出現這種情況的原因主要有以下幾點：

（1）強降雨時由于雨強較大，翻斗翻轉頻率較快，在翻轉的時候有部分雨水溢出，或翻斗在翻轉過程中有雨水流下而未進入翻斗，從而導致此部分降雨量沒有被記錄。其中以8 月19 日為例，8 月19日14:00降雨量為23.5 mm，單日人工觀測雨量比遙測數據多1.5 mm。

（2）降雨量未達到翻斗式雨量器的最小分辨率，降雨量不足0.5 mm，未使翻斗翻轉，從而沒被記錄，這部分降雨量最終在漏斗中蒸發損失，遙測數據小于人工觀測數據基本上是這種原因造成的。

（3）人工觀測存在誤差，將降雨量倒入量筒中讀數時，觀測人員視線高于量筒中凹液面，如圖2（a）所示，從而導致人工觀測數據偏大。

圖2 量筒讀數

3.3 遙測數據大于人工數據

2017 年出現15 d 遙測數據大于人工數據的情況，占全年降雨天數的14%。出現這種情況主要有兩種原因：

（1）降雨量殘留。短期內的連續兩次降雨，上一次降雨在雨量計翻斗中有殘留，這部分殘留降雨量加上第二次降雨量大于人工觀測的日降雨量。例如6 月4 日人工觀測降雨量為0.2 mm，未達到翻斗式雨量計最小分辨率0.5 mm，這部分降雨量殘留在翻斗中，6 月5 日人工觀測降雨量30.4 mm，而翻斗式雨量計記錄數據為30.5 mm，遙測數據大于人工觀測數據，就是因為翻斗式雨量計累計了6 月4日殘留的部分降雨量，這種情況在多天連續降雨中較為常見。

（2）人工觀測誤差。在人工讀取量筒中降雨量數據時可能出現圖2（b）所示的讀取姿勢，從而導致人工觀測降雨量偏小。例如3月30日，人工觀測降雨量2.9 mm，翻斗式雨量計記錄數據為3.0 mm，極有可能就是這種原因導致的。

3.4 遙測數據等于人工數據

這種情況在2017 年共出現16 d，其中1 月31日、2 月7 日、2 月8 日為降雪量，采用人工報汛代替遙測數據，剩余13 d 中，日降雨量均未超過10 mm，最大降雨量為7 月1 日7 mm，最小降雨量為0.5 mm。因此，可以看出只有在降雨量較小，且降雨量為0.5 mm的整數倍時，才會出現遙測數據等于人工數據的情況。

4 觀測注意事項

因此，為獲得更加準確及時的水文數據，在日常使用中，測站人員需要做到以下幾點：

（1）按時觀測。每日08：00觀測人員應按時觀測降雨量并查看翻斗式雨量計遙測數據，發現問題應及時查找原因，確保降雨量數據的準確性。

（2）及時清理。在日常使用JDZ05-1翻斗式雨量計過程中，為避免雜物在降雨過程中影響降雨量的準確性和及時性，應及時清理雨量計過濾網、漏斗、翻斗、滴嘴、滴針上的雜物。

（3）定期檢查。三河閘水文站工作制度要求每周應對雨量計進行檢查，檢查內容包括器口水平、器身穩定、內外潔凈、通信暢通、蓄電池充放電正常等，確保降雨量數據的穩定性和可靠性。

5 結語

JDZ05-1 型雨量傳感器可以省時省力及時準確傳輸雨量數據，有利于實現水文數據遙測自動化，實用于水文站和無人駐守的遙測雨量站；但在長期的使用中，也暴露出如分辨率低、短時暴雨雨量大以及降雪或冰雹天氣等導致的記錄數據不準確等缺點。與人工觀測對比，觀測人員不僅要看到遙測資料的異常，還要善于從異常值中及時發現原因，消除產生誤差的因素，規范觀測，提高觀測的準確性。