淺析稱重法代替雨量杯量取雨量的可行性

袁廷利，李憲卿，吳 英

（1.威海水利工程集團有限公司，山東 威海 264200；2.威海市水文中心，山東 威海 264200）

近年來，威海地區降雨量全部實現了自動觀測，普通人工雨量器作為自記雨量計的校核儀器或者發生故障時的必備儀器還在大量使用，其最主要的用途是人工觀測日雨量。普通雨量器是把自然降水量用設定好的承水口（直徑20 cm）收集后導入蓄水瓶，再將收集到的降水量用雨量杯測取，構造簡單，使用方便，是降水量觀測基本儀器[1]。本文中的普通雨量器在降水量觀測時，由于雨量杯一次性最多只能量取10.5 mm雨量，在一場較大的降雨后往往需要多次測量累計計算出降雨量，多次測量不僅步驟繁瑣且容易產生誤差甚至人為失誤。本文通過設計實驗模擬場次不同大小的降雨量，利用電子秤稱出降雨的質量計算出降雨量值，通過人工利用雨量杯觀測出的雨量值與不同系數下電子秤計算出的雨量值，進行對比分析，探討人工觀測雨量利用電子秤稱重法代替雨量杯人工量取雨量的可行性。

1 模擬實驗

1.1 儀器設備

本實驗采用的是MAXN品牌電子秤（30 kg/1g）一臺、雨量杯一個、盛雨容器一個（PPR儲水瓶）、雨水適量。

1.2 試驗原理

普通雨量器的器口直徑為R=20 cm，水的密度為ρ=1 g/cm3，通過公式：P=10M/（ρ×πr2）就能通過雨水的質量計算出降雨量。（P：降雨量，mm；M：雨水的質量，g；ρ：水的密度，g/cm3；r：器口的半徑，cm。電子秤采用的是市面上常用的電子秤，其功能可以去皮，輸入單價計算出總價。那么可以依據這個功能把盛水容器的質量用去皮功能去掉，以10/（ρ×πr2）作為單價，計算出的總價格數值上等于降雨量值。本電子秤分度值為1 g、最小稱量為10 g、最大稱重為30 kg，理論上電子秤計算的誤差為0.03 mm、一次性稱量出雨量范圍為0.3~954.9 mm，完全適合威海地區使用。

1.3 試驗過程

由于電子秤是以公斤計算總價，則單價應為1000×10/（ρ×πr2），若π取3.14單價為31.847，若直接取π值計算得單價為31.831。所以本實驗采用31.83、31.84、31.85三個不同的系數來計算降雨量。

1）將電子秤放在平板石材桌面上調平。將空的盛水容器放在電子秤上然后去皮，使其質量顯示為0。

2）將理論推求三個不同的系數（單價）31.83、31.84、31.85輸入并存儲在電子秤內。

3）隨機取一定量雨水倒入盛水容器內，分別用三個不同的系數計算出降雨量值。

4）用雨量杯量取盛水容器內的雨量作為人工讀數測量。

5）重復3、4步驟模擬不同大小的降雨量，求出電子秤計算出的降雨量值和人工雨量杯測量的降雨量值。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗結果

通過上述步驟測出以下數據（盛水容器容積有限最大只能容納224.1 mm降水量）。

通過以上數據表明當場雨量小于48.8 mm時3個參數都比較合理；當場雨量大于48.8 mm時31.85系數下的結果開始出現誤差，數值偏大；當雨量大于183.0 mm時31.84系數下的結果開始出現誤差，數值偏大；在所有實驗數據中31.83系數下計算出的降雨量值與人工值相符。

表1 電子秤稱量出的數值與雨量杯測量值結果對比（小雨到中雨）

表2 電子秤稱量出的數值與雨量杯測量值結果對比（大雨到暴雨）

表3 電子秤稱量出的數值與雨量杯測量值結果對比（暴雨到大暴雨）

2.2 優缺點分析

優點：首先，電子秤單價（系數）是可以保存的，在第一次使用之后，再次使用就能直接稱量出降雨量值，簡單方便。其次，電子秤是一次性稱量出降雨量，減少了雨量杯多次測量雨水殘留的誤差和累計讀數觀測視線誤差。再者，雨量杯人工多次測量步驟繁瑣，容易發生撒漏、計算錯誤，電子秤稱重法避免了這一點。

缺點：電子秤在稱量時需要平整擺放，一般測量地點只能在室內，需要一個盛水容器把雨量器里的雨水取回室內稱量，為了避免中間雨水撒漏，盛水容器最好有蓋。而且，雨量器需要保持清潔，若雨量器儲水瓶內流入泥沙會導致結果偏大。還有，降雨量較小時雨量杯人工觀測測量次數也相對較少，這時電子秤稱重法就不如雨量杯人工觀測簡單方便。

3 結語

通過以上分析，在威海地區人工觀測雨量完全可以利用電子秤（系數采用31.83）稱重測量代替雨量杯人工觀測測量。從操作使用方便來說，當場雨量等級為小雨或中雨時使用雨量杯量取雨量；當場雨量等級在大雨及大雨以上使用電子秤稱重法，能夠較快準確地測得場雨量數值。