淮河流域豫東地區雨雪量計應用研究

周 珂

（河南省商丘水文水資源勘測局 商丘 476000）

以現代化理念為引領，以先進技術手段和儀器設備推廣應用為重點，以增強水文測報和信息服務能力為目標，加快推進和指導水文現代化建設技術裝備配置和應用，《水利部水文司關于征求水文現代化建設技術裝備有關要求(征求意見稿)意見的函》要求，降水量、水位(含地下水)、水溫、水面蒸發量、土壤墑情監測等具備條件的應全部采用在線自動監測，故近年來，豫東地區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、燃氣加熱式三種，根據當地實際情況，豫東地區采用的是電加熱式，該類型工作原理是將電能轉換為熱能將雪融化，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。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側和底座上。桶身內有隔熱保溫材料襯墊，以防從桶身部散熱。除了加熱元件外，融雪裝置中還設置有溫控器用于檢測固態降水，一旦達到設定溫度時，就接通主加熱元件進行加熱，以提供集水漏斗內固態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記錄，收集到的數據采用濾波算法，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確判讀出降水的類別，但組成部件較多，安裝較復雜，占地面積也比較大；固態降水需要通過電能加熱融化后才能監測，在此過程中蒸發是產生誤差的主要原因，加熱溫度越高，加熱時間越長，蒸發量越大，監測結果的誤差也就越大，所以通過實驗測試，找到最佳的加熱溫度，把蒸發造成的誤差控制在規范要求之內是此類雨雪量計的難點。此外設備的供電問題也是設備安裝的重中之重，受其監測特點影響，采用交流供電是不現實的，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，或者碰到連續降雪，就會出現供電不足的現象，大大制約了該設備的使用。

2.2 稱重式雨雪量計

稱重式雨雪量計采用了標準件設計、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，適合在環境嚴苛的地域進行全天候的降雨、降雪觀測，可以測量液態、固態以及固液混合狀態的雨雪量；構成部件較少，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測需要，對于蒸發帶來的誤差可以通過添加蒸發抑制劑進行消除，便于實現。但其也有缺點，易受周圍環境的影響，例如靠近馬路，車輛行駛引起的震動會使測量到的數據發生跳變；當有灰塵、昆蟲等其他物質落入桶內時，設備不能分辨重量變化的原因，也會對測量的精度產生影響，導致誤差的產生。

3 數據對比

3.1 降雪日數據對比

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，通過統計分析兩種設備及人工記錄的降雪日數據，發現稱重式雨雪量計數據與人工觀測記錄較為接近，誤差較小，均小于2%，降水日數符合實際；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2～3 天依然有數據記錄，見圖1。

圖1 降雪期間監測結果對比圖

3.2 降水日數據對比

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，經過對比分析，兩種雨雪量計數據與人工觀測記錄總體較為接近，誤差較小，降水日數符合實際；其中翻斗融雪式雨雪量計在雨強比較大時出現一次誤差超過10%的情況，考慮為承雨器口較小，降水溢出導致，見圖2。

圖2 降水期間監測結果對比圖

4 結論

兩種雨雪量計在降雨情況下，數據誤差在允許范圍內，能夠滿足使用要求；在降雪情況下，稱重式雨雪量計表現較好，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2～3 天依然有數據記錄的情況。

兩種設備各有優缺點，適宜使用的環境也不同。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確；稱重式雨雪量計雖精度很高，但是數據準確性易受周圍環境的影響，所以對安裝地點的環境條件要求較高。要深入了解設備的特點，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支撐■