雨雪量计误差及优缺点分析

（辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

雨雪量计误差及优缺点分析

李剑辉

（辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

冬季对降雪的测量，已经成为北方水文冬季测量主要任务。文中针对当前采用最多的两类雨雪量计进行比较分析，介绍了翻斗雨雪量计和称重雨雪量计的基本原理，分析了两种设备可能产生误差的各个方面及其优缺点，对北方冬季测量降雪的设备选用提出了建议。

雨雪量计；误差；分析

冬季对降雪的测量截至目前，水文使用最多的还是人工测量，人工测量对于北方尤其是东北来说不仅人工测量不及时，而且误差相对大，近几年降雪自动测量设备雨雪量计逐步在水文对降雪的测量中得到推广。雨雪量计按照测量方式一般分为翻斗式融雪雨雪量计和称重式融雪雨雪量计，下面对这两种雨雪量计进行误差及优缺点分析。

1 翻斗融雪式雨雪量计

1．1 雨雪量计工作原理

当雨雪感应器上有雨雪降落，且温度传感器低于设定温度时，开启加热模式融雪，当温度高于设定温度时停止加热，如此反复。雨水或者融化的雪水经过下面的翻斗，通过翻斗翻动次数来计算降雨或者降雪的多少。

1．2 雨雪量计的误差分析及优缺点

1）翻斗融雪式雨雪雨量计存在原来翻斗雨量计的测量误差，此误差是基于翻斗式测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，翻斗式测量雨量的误差就被放大，例如使用0.5 mm的翻斗时，如果降雪不够0.5 mm时，翻斗一般不会翻动，误差就被放大到无限大。

2）冬季融雪加热时存在蒸发，由于融雪靠加热进行，势必存在蒸发问题，且加热温度越高，蒸发量越大，加热时间越长，蒸发量越大，所以对于解决因蒸发问题产生的误差，加热温度是一个双刃剑，加热温度高，蒸发量大，误差大，加热温度低，加热时间长，误差大，所以要经过大量的实验测试，找到最佳的加热温度，把蒸发造成的误差控制到最低。

以下为0.2 mm分辨率雨雪量计在不同加热温度（5℃和8℃时）两台翻斗融雪式雨雪量计在降雪时测得的雪量的对比，见表1。

表1 不同温度下降雪时测得雪量对比

由上表可以看出，加热温度比较低时，去除翻斗自身存在的误差，雨雪量计测得的值基本上能与人工测量值相吻合，当加热温度升高时，误差也随之增大。

3）由于加热需要供电，且耗电量比较大，如何解决设备供电问题也成了设备安装的重中之重，由于雨雪测量点大多在野外且比较偏僻，所以供电如果采用交流供电几乎不可能，同时交流供电也在人员安全方面存在隐患，所以加热一般采用直流蓄电池供电，所以在温度低且降雪量比较大的地区，设备功耗问题是急需解决的问题，也大大制约了该设备的使用。

4）翻斗融雪式雨雪雨量计计量部分为翻斗，机械式计量不易损坏，设备安装相对简单，输出量为开关量，和翻斗式雨量计的输出一致，针对原来的自动测报设备可以直接使用，不需要对设备进行更改和程序上的变动，对于设备调试没有难度。

2 称重式雨雪量计

2.1 工作原理

集雨桶用于收集单位面积内的降雪或者降雨；称重部分用于测量集雨桶重量的变化，一般为高精度的电子秤。传统的雨量计相比，称重雨量计使用的是平衡原则。通过测量收集桶的重量，称重式雨量计可以可靠地测定雨量，无论是固态还是液态。

2.2 雨雪量计的误差分析及优缺点

1）称重式雨雪量计由于其巨大的收集能力、称重原理技术（不需要收集漏斗或后倾功能）、以及用来称量采样桶中物质的平衡系统的坚固耐用的设计，雨量计几乎不需要进行维护。用来称量采样桶中的物质的高精度的不锈钢测压元件是密封的，不受环境的影响，在长时间内都可以保持稳定。集成的温度传感器可以对平衡系统的温度变化进行补偿。机械过载保护可以防止垂直方向上的钝力损坏测压元件，例如运输期间或清空收集桶的时候。

2）称重式雨雪量计，采用的高精度电子秤来测量重量，其精度非常高，一般测量精度可以达到0.01 mm/min甚至更高，为我们使用数据提供了很高的自由度，同时称重式雨雪量计一般有SDI-12，485等多种数据输出格式，方便将测量数据接入自动测报设备。

3）称重式雨雪量计，采用高精度电子秤用来测量重量，对设备基础的稳定性有着很高的要求，例如底座的调平，底座的倾斜对测量精度有着很大的影响；同时，周围环境，例如靠近马路，车辆行驶引起的震动也会对设备测量带来很大的影响，使测量到的数据发生跳变；称重式雨雪量计由于测量的是称重桶的累计重量，当有灰尘、昆虫等其他物质落入桶内时，设备不能分辨重量变化的原因，也会对测量的精度产生影响，导致误差的产生。

3 两种雨雪量计的应用

辽宁省最近两年开始测试使用两种雨雪量计进行对比实验，其中翻斗融雪式雨雪量计，只是在两个站点进行了对比观测，目前误差相对较大，其中加热温度设置在5℃～-6℃时，蒸发产生的误差较小，同时降雪量和降雪强度对蒸发产生误差的影响也比较大，降雪量和降雪强度越大，蒸发产生的误差相对越小；称重式雨雪量计从2016年辽宁省在14个测站进行安装，目前设备处于试运行结段，称重式雨雪量计对于场次降水和降雪误差很小，基本和人工吻合，同时由于其分辨率小于0.1 mm，相对于翻斗式雨雪量计来说，也是误差相对较小的一个原因，但是称重式雨雪量计容易受到周围环境的影响，产生量值的跳变，目前正在解决过程中。

4 结语

任何一种设备都有着自身的优缺点，也有着它比较适宜使用的环境，翻斗式雨雪量计对精度要求不是很高的站点，基本上可以满足要求，但同时需要考虑设备供电等问题；称重式雨雪量计虽然精度很高，但是对周围环境等因素的要求很高。所以使用仪器选型应该对站点各种因素有个综合的评估，选择更适合这个站点的仪器设备，以实现雨雪测量的自动化。

［1］李虎.JDZ05-1型翻斗式雨量计在大连地区应用的比对分析［J］.东北水利水电，2015（07）.

［2］柴立春.水文新仪器在流量测验中的应用［J］.黑龙江科学，2013（12）.

1002－0624（2017）05－0036－02

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2017-01-17