袁廷利，李憲卿，吳 英

（1.威海水利工程集團(tuán)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(qū)降雨量全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)觀測，普通人工雨量器作為自記雨量計(jì)的校核儀器或者發(fā)生故障時(shí)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(shè)定好的承水口（直徑20 cm）收集后導(dǎo)入蓄水瓶，再將收集到的降水量用雨量杯測取，構(gòu)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(shí)，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(jì)計(jì)算出降雨量，多次測量不僅步驟繁瑣且容易產(chǎn)生誤差甚至人為失誤。本文通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M場次不同大小的降雨量，利用電子秤稱出降雨的質(zhì)量計(jì)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(shù)下電子秤計(jì)算出的雨量值，進(jìn)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(shí)驗(yàn)

1.1 儀器設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用的是MAXN品牌電子秤（30 kg/1g）一臺(tái)、雨量杯一個(gè)、盛雨容器一個(gè)（PPR儲(chǔ)水瓶）、雨水適量。

1.2 試驗(yàn)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(zhì)量計(jì)算出降雨量。（P：降雨量，mm；M：雨水的質(zhì)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(jià)計(jì)算出總價(jià)。那么可以依據(jù)這個(gè)功能把盛水容器的質(zhì)量用去皮功能去掉，以10/（ρ×πr2）作為單價(jià)，計(jì)算出的總價(jià)格數(shù)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(jì)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(qū)使用。

1.3 試驗(yàn)過程

由于電子秤是以公斤計(jì)算總價(jià)，則單價(jià)應(yīng)為1000×10/（ρ×πr2），若π取3.14單價(jià)為31.847，若直接取π值計(jì)算得單價(jià)為31.831。所以本實(shí)驗(yàn)采用31.83、31.84、31.85三個(gè)不同的系數(shù)來計(jì)算降雨量。

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

2）將理論推求三個(gè)不同的系數(shù)（單價(jià)）31.83、31.84、31.85輸入并存儲(chǔ)在電子秤內(nèi)。

3）隨機(jī)取一定量雨水倒入盛水容器內(nèi)，分別用三個(gè)不同的系數(shù)計(jì)算出降雨量值。

4）用雨量杯量取盛水容器內(nèi)的雨量作為人工讀數(shù)測量。

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

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

通過上述步驟測出以下數(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)表明當(dāng)場雨量小于48.8 mm時(shí)3個(gè)參數(shù)都比較合理；當(dāng)場雨量大于48.8 mm時(shí)31.85系數(shù)下的結(jié)果開始出現(xiàn)誤差，數(shù)值偏大；當(dāng)雨量大于183.0 mm時(shí)31.84系數(shù)下的結(jié)果開始出現(xiàn)誤差，數(shù)值偏大；在所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中31.83系數(shù)下計(jì)算出的降雨量值與人工值相符。

表1 電子秤稱量出的數(shù)值與雨量杯測量值結(jié)果對比（小雨到中雨）

表2 電子秤稱量出的數(shù)值與雨量杯測量值結(jié)果對比（大雨到暴雨）

表3 電子秤稱量出的數(shù)值與雨量杯測量值結(jié)果對比（暴雨到大暴雨）

2.2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：首先，電子秤單價(jià)（系數(shù)）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(jì)讀數(shù)觀測視線誤差。再者，雨量杯人工多次測量步驟繁瑣，容易發(fā)生撒漏、計(jì)算錯(cuò)誤，電子秤稱重法避免了這一點(diǎn)。

缺點(diǎn)：電子秤在稱量時(shí)需要平整擺放，一般測量地點(diǎn)只能在室內(nèi)，需要一個(gè)盛水容器把雨量器里的雨水取回室內(nèi)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(chǔ)水瓶內(nèi)流入泥沙會(huì)導(dǎo)致結(jié)果偏大。還有，降雨量較小時(shí)雨量杯人工觀測測量次數(shù)也相對較少，這時(shí)電子秤稱重法就不如雨量杯人工觀測簡單方便。

3 結(jié)語

通過以上分析，在威海地區(qū)人工觀測雨量完全可以利用電子秤（系數(shù)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(dāng)場雨量等級(jí)為小雨或中雨時(shí)使用雨量杯量取雨量；當(dāng)場雨量等級(jí)在大雨及大雨以上使用電子秤稱重法，能夠較快準(zhǔn)確地測得場雨量數(shù)值。