雨雪量計誤差及優(yōu)缺點分析

（遼寧省水文局，遼寧沈陽110003）

雨雪量計誤差及優(yōu)缺點分析

李劍輝

（遼寧省水文局，遼寧沈陽110003）

冬季對降雪的測量，已經(jīng)成為北方水文冬季測量主要任務。文中針對當前采用最多的兩類雨雪量計進行比較分析，介紹了翻斗雨雪量計和稱重雨雪量計的基本原理，分析了兩種設備可能產(chǎn)生誤差的各個方面及其優(yōu)缺點，對北方冬季測量降雪的設備選用提出了建議。

雨雪量計；誤差；分析

冬季對降雪的測量截至目前，水文使用最多的還是人工測量，人工測量對于北方尤其是東北來說不僅人工測量不及時，而且誤差相對大，近幾年降雪自動測量設備雨雪量計逐步在水文對降雪的測量中得到推廣。雨雪量計按照測量方式一般分為翻斗式融雪雨雪量計和稱重式融雪雨雪量計，下面對這兩種雨雪量計進行誤差及優(yōu)缺點分析。

1 翻斗融雪式雨雪量計

1．1 雨雪量計工作原理

當雨雪感應器上有雨雪降落，且溫度傳感器低于設定溫度時，開啟加熱模式融雪，當溫度高于設定溫度時停止加熱，如此反復。雨水或者融化的雪水經(jīng)過下面的翻斗，通過翻斗翻動次數(shù)來計算降雨或者降雪的多少。

1．2 雨雪量計的誤差分析及優(yōu)缺點

1）翻斗融雪式雨雪雨量計存在原來翻斗雨量計的測量誤差，此誤差是基于翻斗式測量原理存在的不可避免。由于冬季降雪的量要比降雨的量小很多，翻斗式測量雨量的誤差就被放大，例如使用0.5 mm的翻斗時，如果降雪不夠0.5 mm時，翻斗一般不會翻動，誤差就被放大到無限大。

2）冬季融雪加熱時存在蒸發(fā)，由于融雪靠加熱進行，勢必存在蒸發(fā)問題，且加熱溫度越高，蒸發(fā)量越大，加熱時間越長，蒸發(fā)量越大，所以對于解決因蒸發(fā)問題產(chǎn)生的誤差，加熱溫度是一個雙刃劍，加熱溫度高，蒸發(fā)量大，誤差大，加熱溫度低，加熱時間長，誤差大，所以要經(jīng)過大量的實驗測試，找到最佳的加熱溫度，把蒸發(fā)造成的誤差控制到最低。

以下為0.2 mm分辨率雨雪量計在不同加熱溫度（5℃和8℃時）兩臺翻斗融雪式雨雪量計在降雪時測得的雪量的對比，見表1。

表1 不同溫度下降雪時測得雪量對比

由上表可以看出，加熱溫度比較低時，去除翻斗自身存在的誤差，雨雪量計測得的值基本上能與人工測量值相吻合，當加熱溫度升高時，誤差也隨之增大。

3）由于加熱需要供電，且耗電量比較大，如何解決設備供電問題也成了設備安裝的重中之重，由于雨雪測量點大多在野外且比較偏僻，所以供電如果采用交流供電幾乎不可能，同時交流供電也在人員安全方面存在隱患，所以加熱一般采用直流蓄電池供電，所以在溫度低且降雪量比較大的地區(qū)，設備功耗問題是急需解決的問題，也大大制約了該設備的使用。

4）翻斗融雪式雨雪雨量計計量部分為翻斗，機械式計量不易損壞，設備安裝相對簡單，輸出量為開關量，和翻斗式雨量計的輸出一致，針對原來的自動測報設備可以直接使用，不需要對設備進行更改和程序上的變動，對于設備調(diào)試沒有難度。

2 稱重式雨雪量計

2.1 工作原理

集雨桶用于收集單位面積內(nèi)的降雪或者降雨；稱重部分用于測量集雨桶重量的變化，一般為高精度的電子秤。傳統(tǒng)的雨量計相比，稱重雨量計使用的是平衡原則。通過測量收集桶的重量，稱重式雨量計可以可靠地測定雨量，無論是固態(tài)還是液態(tài)。

2.2 雨雪量計的誤差分析及優(yōu)缺點

1）稱重式雨雪量計由于其巨大的收集能力、稱重原理技術（不需要收集漏斗或后傾功能）、以及用來稱量采樣桶中物質的平衡系統(tǒng)的堅固耐用的設計，雨量計幾乎不需要進行維護。用來稱量采樣桶中的物質的高精度的不銹鋼測壓元件是密封的，不受環(huán)境的影響，在長時間內(nèi)都可以保持穩(wěn)定。集成的溫度傳感器可以對平衡系統(tǒng)的溫度變化進行補償。機械過載保護可以防止垂直方向上的鈍力損壞測壓元件，例如運輸期間或清空收集桶的時候。

2）稱重式雨雪量計，采用的高精度電子秤來測量重量，其精度非常高，一般測量精度可以達到0.01 mm/min甚至更高，為我們使用數(shù)據(jù)提供了很高的自由度，同時稱重式雨雪量計一般有SDI-12，485等多種數(shù)據(jù)輸出格式，方便將測量數(shù)據(jù)接入自動測報設備。

3）稱重式雨雪量計，采用高精度電子秤用來測量重量，對設備基礎的穩(wěn)定性有著很高的要求，例如底座的調(diào)平，底座的傾斜對測量精度有著很大的影響；同時，周圍環(huán)境，例如靠近馬路，車輛行駛引起的震動也會對設備測量帶來很大的影響，使測量到的數(shù)據(jù)發(fā)生跳變；稱重式雨雪量計由于測量的是稱重桶的累計重量，當有灰塵、昆蟲等其他物質落入桶內(nèi)時，設備不能分辨重量變化的原因，也會對測量的精度產(chǎn)生影響，導致誤差的產(chǎn)生。

3 兩種雨雪量計的應用

遼寧省最近兩年開始測試使用兩種雨雪量計進行對比實驗，其中翻斗融雪式雨雪量計，只是在兩個站點進行了對比觀測，目前誤差相對較大，其中加熱溫度設置在5℃～-6℃時，蒸發(fā)產(chǎn)生的誤差較小，同時降雪量和降雪強度對蒸發(fā)產(chǎn)生誤差的影響也比較大，降雪量和降雪強度越大，蒸發(fā)產(chǎn)生的誤差相對越??；稱重式雨雪量計從2016年遼寧省在14個測站進行安裝，目前設備處于試運行結段，稱重式雨雪量計對于場次降水和降雪誤差很小，基本和人工吻合，同時由于其分辨率小于0.1 mm，相對于翻斗式雨雪量計來說，也是誤差相對較小的一個原因，但是稱重式雨雪量計容易受到周圍環(huán)境的影響，產(chǎn)生量值的跳變，目前正在解決過程中。

4 結語

任何一種設備都有著自身的優(yōu)缺點，也有著它比較適宜使用的環(huán)境，翻斗式雨雪量計對精度要求不是很高的站點，基本上可以滿足要求，但同時需要考慮設備供電等問題；稱重式雨雪量計雖然精度很高，但是對周圍環(huán)境等因素的要求很高。所以使用儀器選型應該對站點各種因素有個綜合的評估，選擇更適合這個站點的儀器設備，以實現(xiàn)雨雪測量的自動化。

［1］李虎.JDZ05-1型翻斗式雨量計在大連地區(qū)應用的比對分析［J］.東北水利水電，2015（07）.

［2］柴立春.水文新儀器在流量測驗中的應用［J］.黑龍江科學，2013（12）.

1002－0624（2017）05－0036－02

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2017-01-17