淮河流域豫東地區(qū)雨雪量計應(yīng)用研究

周 珂

（河南省商丘水文水資源勘測局 商丘 476000）

以現(xiàn)代化理念為引領(lǐng)，以先進技術(shù)手段和儀器設(shè)備推廣應(yīng)用為重點，以增強水文測報和信息服務(wù)能力為目標(biāo)，加快推進和指導(dǎo)水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備配置和應(yīng)用，《水利部水文司關(guān)于征求水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備有關(guān)要求(征求意見稿)意見的函》要求，降水量、水位(含地下水)、水溫、水面蒸發(fā)量、土壤墑情監(jiān)測等具備條件的應(yīng)全部采用在線自動監(jiān)測，故近年來，豫東地區(qū)雨雪量計安裝使用較為廣泛，主要分為翻斗融雪式雨雪量計和稱重式雨雪量計兩類。

1 工作原理

1.1 翻斗融雪式雨雪量計

目前國際上比較成熟的主要有電加熱式、不凍液式、燃?xì)饧訜崾饺N，根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，豫東地區(qū)采用的是電加熱式，該類型工作原理是將電能轉(zhuǎn)換為熱能將雪融化，由融雪裝置、雨量傳感器、記錄器三部分組成，其中記錄器可置于室內(nèi)。融雪裝置為核心部件，加熱元件為管狀或板狀，分兩組安裝在傳感器桶身內(nèi)側(cè)和底座上。桶身內(nèi)有隔熱保溫材料襯墊，以防從桶身部散熱。除了加熱元件外，融雪裝置中還設(shè)置有溫控器用于檢測固態(tài)降水，一旦達到設(shè)定溫度時，就接通主加熱元件進行加熱，以提供集水漏斗內(nèi)固態(tài)降水融化所需的熱量。

1.2 稱重式雨雪量計

稱重式雨雪量計利用電子秤稱出容器內(nèi)收集的降水重量，將儲水器連同其中積存的降水的總重量作連續(xù)記錄，收集到的數(shù)據(jù)采用濾波算法，消除誤差因子引起的波動，最終得到真正的降水變化量。一般電子秤可以分辨0.1g 的重量，因此采用稱重式雨量傳感器可以達到較高的精度。

2 工作特點

2.1 翻斗融雪式雨雪量計

翻斗融雪式雨雪量計能夠準(zhǔn)確判讀出降水的類別，但組成部件較多，安裝較復(fù)雜，占地面積也比較大；固態(tài)降水需要通過電能加熱融化后才能監(jiān)測，在此過程中蒸發(fā)是產(chǎn)生誤差的主要原因，加熱溫度越高，加熱時間越長，蒸發(fā)量越大，監(jiān)測結(jié)果的誤差也就越大，所以通過實驗測試，找到最佳的加熱溫度，把蒸發(fā)造成的誤差控制在規(guī)范要求之內(nèi)是此類雨雪量計的難點。此外設(shè)備的供電問題也是設(shè)備安裝的重中之重，受其監(jiān)測特點影響，采用交流供電是不現(xiàn)實的，所以加熱一般采用直流蓄電池供電，但在溫度低且降雪量比較大的地區(qū)，或者碰到連續(xù)降雪，就會出現(xiàn)供電不足的現(xiàn)象，大大制約了該設(shè)備的使用。

2.2 稱重式雨雪量計

稱重式雨雪量計采用了標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計、模塊化的零部件及鑄造件，可靠、無需維護、成本低，不受氣候的影響，適合在環(huán)境嚴(yán)苛的地域進行全天候的降雨、降雪觀測，可以測量液態(tài)、固態(tài)以及固液混合狀態(tài)的雨雪量；構(gòu)成部件較少，安裝簡便，占地面積小，一般太陽能板和蓄電池即可滿足日常監(jiān)測需要，對于蒸發(fā)帶來的誤差可以通過添加蒸發(fā)抑制劑進行消除，便于實現(xiàn)。但其也有缺點，易受周圍環(huán)境的影響，例如靠近馬路，車輛行駛引起的震動會使測量到的數(shù)據(jù)發(fā)生跳變；當(dāng)有灰塵、昆蟲等其他物質(zhì)落入桶內(nèi)時，設(shè)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(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

3 數(shù)據(jù)對比

3.1 降雪日數(shù)據(jù)對比

挑選近年部分典型降雪日進行對比，包含大、中、小雪三種強度，通過統(tǒng)計分析兩種設(shè)備及人工記錄的降雪日數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)稱重式雨雪量計數(shù)據(jù)與人工觀測記錄較為接近，誤差較小，均小于2%，降水日數(shù)符合實際；而翻斗融雪式雨雪量計誤差較大，最大誤差達到45.9%，并且因大雪時熱能不足，融雪不及時，造成降雪日后連續(xù)2～3 天依然有數(shù)據(jù)記錄，見圖1。

圖1 降雪期間監(jiān)測結(jié)果對比圖

3.2 降水日數(shù)據(jù)對比

挑選近年部分典型降雨日進行對比，包含大、中、小雨三種強度，經(jīng)過對比分析，兩種雨雪量計數(shù)據(jù)與人工觀測記錄總體較為接近，誤差較小，降水日數(shù)符合實際；其中翻斗融雪式雨雪量計在雨強比較大時出現(xiàn)一次誤差超過10%的情況，考慮為承雨器口較小，降水溢出導(dǎo)致，見圖2。

圖2 降水期間監(jiān)測結(jié)果對比圖

4 結(jié)論

兩種雨雪量計在降雨情況下，數(shù)據(jù)誤差在允許范圍內(nèi)，能夠滿足使用要求；在降雪情況下，稱重式雨雪量計表現(xiàn)較好，翻斗融雪式雨雪量計誤差相對較大，存在大雪時熱能不足，融雪不及時，造成降雪日后連續(xù)2～3 天依然有數(shù)據(jù)記錄的情況。

兩種設(shè)備各有優(yōu)缺點，適宜使用的環(huán)境也不同。翻斗融雪式雨雪量計可適用于精度要求不是很高的站點，在解決設(shè)備供電問題的情況下，基本上可以滿足要求，其在降水類型的判斷上比較準(zhǔn)確；稱重式雨雪量計雖精度很高，但是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性易受周圍環(huán)境的影響，所以對安裝地點的環(huán)境條件要求較高。要深入了解設(shè)備的特點，針對站點的各種因素進行評估，選擇更適合這個站點的儀器設(shè)備，通過雨雪測量的自動化，在減少觀測人員工作量的同時，為防汛抗旱等方面提供更可靠的技術(shù)支撐■