浅析称重法代替雨量杯量取雨量的可行性

2021-07-29袁廷利李宪卿

山东水利 2021年6期

袁廷利，李宪卿，吴英

（1.威海水利工程集团有限公司，山东威海 264200；2.威海市水文中心，山东威海 264200）

近年来，威海地区降雨量全部实现了自动观测，普通人工雨量器作为自记雨量计的校核仪器或者发生故障时的必备仪器还在大量使用，其最主要的用途是人工观测日雨量。普通雨量器是把自然降水量用设定好的承水口（直径20 cm）收集后导入蓄水瓶，再将收集到的降水量用雨量杯测取，构造简单，使用方便，是降水量观测基本仪器[1]。本文中的普通雨量器在降水量观测时，由于雨量杯一次性最多只能量取10.5 mm雨量，在一场较大的降雨后往往需要多次测量累计计算出降雨量，多次测量不仅步骤繁琐且容易产生误差甚至人为失误。本文通过设计实验模拟场次不同大小的降雨量，利用电子秤称出降雨的质量计算出降雨量值，通过人工利用雨量杯观测出的雨量值与不同系数下电子秤计算出的雨量值，进行对比分析，探讨人工观测雨量利用电子秤称重法代替雨量杯人工量取雨量的可行性。

1 模拟实验

1.1 仪器设备

本实验采用的是MAXN品牌电子秤（30 kg/1g）一台、雨量杯一个、盛雨容器一个（PPR储水瓶）、雨水适量。

1.2 试验原理

普通雨量器的器口直径为R=20 cm，水的密度为ρ=1 g/cm3，通过公式：P=10M/（ρ×πr2）就能通过雨水的质量计算出降雨量。（P：降雨量，mm；M：雨水的质量，g；ρ：水的密度，g/cm3；r：器口的半径，cm。电子秤采用的是市面上常用的电子秤，其功能可以去皮，输入单价计算出总价。那么可以依据这个功能把盛水容器的质量用去皮功能去掉，以10/（ρ×πr2）作为单价，计算出的总价格数值上等于降雨量值。本电子秤分度值为1 g、最小称量为10 g、最大称重为30 kg，理论上电子秤计算的误差为0.03 mm、一次性称量出雨量范围为0.3~954.9 mm，完全适合威海地区使用。

1.3 试验过程

由于电子秤是以公斤计算总价，则单价应为1000×10/（ρ×πr2），若π取3.14单价为31.847，若直接取π值计算得单价为31.831。所以本实验采用31.83、31.84、31.85三个不同的系数来计算降雨量。

1）将电子秤放在平板石材桌面上调平。将空的盛水容器放在电子秤上然后去皮，使其质量显示为0。

2）将理论推求三个不同的系数（单价）31.83、31.84、31.85输入并存储在电子秤内。

3）随机取一定量雨水倒入盛水容器内，分别用三个不同的系数计算出降雨量值。

4）用雨量杯量取盛水容器内的雨量作为人工读数测量。

5）重复3、4步骤模拟不同大小的降雨量，求出电子秤计算出的降雨量值和人工雨量杯测量的降雨量值。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

通过上述步骤测出以下数据（盛水容器容积有限最大只能容纳224.1 mm降水量）。

通过以上数据表明当场雨量小于48.8 mm时3个参数都比较合理；当场雨量大于48.8 mm时31.85系数下的结果开始出现误差，数值偏大；当雨量大于183.0 mm时31.84系数下的结果开始出现误差，数值偏大；在所有实验数据中31.83系数下计算出的降雨量值与人工值相符。

表1 电子秤称量出的数值与雨量杯测量值结果对比（小雨到中雨）

表2 电子秤称量出的数值与雨量杯测量值结果对比（大雨到暴雨）

表3 电子秤称量出的数值与雨量杯测量值结果对比（暴雨到大暴雨）

2.2 优缺点分析

优点：首先，电子秤单价（系数）是可以保存的，在第一次使用之后，再次使用就能直接称量出降雨量值，简单方便。其次，电子秤是一次性称量出降雨量，减少了雨量杯多次测量雨水残留的误差和累计读数观测视线误差。再者，雨量杯人工多次测量步骤繁琐，容易发生撒漏、计算错误，电子秤称重法避免了这一点。

缺点：电子秤在称量时需要平整摆放，一般测量地点只能在室内，需要一个盛水容器把雨量器里的雨水取回室内称量，为了避免中间雨水撒漏，盛水容器最好有盖。而且，雨量器需要保持清洁，若雨量器储水瓶内流入泥沙会导致结果偏大。还有，降雨量较小时雨量杯人工观测测量次数也相对较少，这时电子秤称重法就不如雨量杯人工观测简单方便。