双筒式雨雪量测量方法及装置与流程

本发明涉及一种降水量观测技术，特别是涉及一种双筒式雨雪量测量方法及装置。

背景技术：

在自然状态下，降水量包括雨、雪、雹等，雨、雪是最常见的降水方式，因此既能精确观测降雨，又能精确观测降雪的装置对降水观测十分重要。

目前，只能观测降雨的装置已经十分成熟，而既能观测降雨又能观测降雪的装置还没有得到广泛应用。这是应为这些装置都有自身的缺点。单纯称重的雨雪雨量计，没有排水装置，长期监测累计降水量，不仅蒸发对观测精度会造成影响，而且需要人工干预排水。融雪翻斗雨雪量计，也有缺点，一是加热起始时间难于判断，造成时间延迟，降水量不准；二是存在不均匀加热情况，在寒冷温度条件下，积雪不能完全融化，造成测量误差；三是加热温度难于控制，过高则造成雨量筒形成气柱，影响雪花落入桶内，造成监测误差，或者加热温度低，降雪不能及时融化；四是融雪翻斗雨量计对雨量筒直接加热会造成蒸发加大，增加了监测误差。

另外，称重雨雪量计和加热融雪翻斗雨雪量计，均不能开展自然条件下融雪过程的监测。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够完成降雨、雨雪混合降水、降雪以及自然融雪过程监测，满足测量精度要求的双筒式雨雪量测量方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种双筒式雨雪量测量方法，包括以下步骤：

a、首先设置测量筒a，测量筒a包括一个保护筒，保护筒上部为接雨器，在接雨器之下设置一个雨量筒，雨量筒上部嵌套在保护桶内壁和接雨器外壁之间，并相互不接触；雨量筒下部为漏斗和排水管，雨量筒放置在第一称重器上，第一称重器安装在基座上；

b、然后设置测量筒b，测量筒b和测量筒a具有完全相同的保护筒和接雨器，测量筒b采用翻斗或称重监测降水量,采用翻斗监测降水量时，雨量筒通过支腿安装在基座，在排水管之下安装翻斗装置，翻斗装置安装在基座上，并与排水管不接触；采用称重监测降水量时，雨量筒安装在支架上，支架设置支腿安装在基座上，在雨量筒下部设置一个缓存漏斗和出水管、电磁阀，缓存漏斗安装在支架上，在缓存漏斗出水管之下设置测量水桶，缓存漏斗排水管伸入测量水桶内部，但与测量水桶不接触，测量水桶下部一侧设置弃水管，弃水管上安装电磁阀，测量水桶放置在第二称重器上，第二称重器安装在基座上；

c、测量筒b和测量筒a的保护桶内部均设置有加热装置，称重器、加热装置分别与控制器相连，实现通讯与控制，在保护桶内温度低于0度时，通过加热装置使保护筒内温度保持在0度，避免保护筒内部机件结冰，同时又不能影响雨量筒自然融雪过程；

d、当出现降雨时，测量筒b通过翻斗或者称重器实时监测降雨量或测量水桶重量的变化量，从而得到时段雨量和日雨量；当出现雨雪混合降水或者降雪时，测量筒a监测雨量筒中积雪重量变化量，测量筒b测计融雪量，据此计算时段降水量或者日降水量；当测量筒b采用称重器监测时，测量水桶中水量达到额定值q克时，控制器发出指令，电磁阀打开排水，排水完毕关闭电磁阀，再次称重，完成计量。

设观测时段长为△t,时段总数为k，j为时段数，j取值为1,…,k；

(1)测量筒a:

变量设定，j时段末雨量筒重量为wj；j时段末和时段初雨量筒称重重量差转化为降水深为△wj,那么:

△wj=10（wj-wj-1）/314.15926

（2）测量筒b采用翻斗装置计量时:

设，j时段末累计降雨量或融雪量为pj，j时段降雨量或融雪量为ppj,那么:

ppj=pj-pj-1

其中，p0=0

（3）测量筒b采用称重法计量时:

每个时段末测量水桶重量为wj；从开始时至j时段末测量水桶增水量转化为降雨深为pj，j时段测量水桶增水量转化为降雨深为ppj；从开始时至j时段末排水次数为i，日排水总次数为n，第i次排水前水桶重量w1i,排水后测量水桶重量为w2i，测量水桶日增水量转化为降雨量为p,j时段末累计排水总量wwi，则：

wwi=∑(w1i-w2i),i=0,1,…,n

每日开始时，在控制器自动设置排水次数i=0，出现排水时i=i+1；当排水次数为0时，wwi=0；当排水次数大于0时，计算wwi，则：

pj=10[(wwi+wj)–w0]/314.15926

ppj=pj-pj-1

p=10(wwn+wk-w0)/314.15926

（4）降水量计算：

1）当△wj>0时，△wj+ppj即为△t时段内降水量，ppj为融雪量；

2）当△wj<0时，△wj+ppj=0，则降水量为0，ppj为时段内的融雪量；△wj+ppj>0，△wj+ppj即为△t时段内降水量，ppj为融雪量；

3）当△wj=0时，ppj>0,则ppj为时段降雨量；ppj=0,则时段内降水量为0。

加热装置包括加热片和温度传感器，加热片通过温控开关与电源连接，温度传感器与控制器连接；在不测定自然融雪量情况下，提高保护筒内温度，比如设置为1或2度，不会影响降水量监测精度。

一种双筒式雨雪量测量装置，采用测量筒a和测量筒b配合监测降水量，其中，所述测量筒a包括一个保护筒，所述保护筒上部为接雨器，所述接雨器之下设置一个雨量筒，所述雨量筒上部嵌套在所述保护桶内壁和所述接雨器外壁之间，并相互不接触；所述雨量筒下部为漏斗和排水管，所述雨量筒放置在第一称重器上，所述第一称重器安装在基座上；所述测量筒b和测量筒a具有完全相同的所述保护筒和所述接雨器，所述测量筒b采用翻斗或称重监测降水量,采用翻斗监测降水量时，所述雨量筒通过支腿安装在所述基座，所述排水管之下安装翻斗装置，所述翻斗装置安装在所述基座上，并与所述排水管不接触；采用称重监测降水量时，所述雨量筒安装在支架上，所述支架设置支腿安装在所述基座上，所述雨量筒下部设置一个缓存漏斗和出水管、电磁阀，所述缓存漏斗安装在所述支架上，所述缓存漏斗出水管之下设置测量水桶，所述缓存漏斗排水管伸入所述测量水桶内部，但与所述测量水桶不接触，所述测量水桶下部一侧设置弃水管，所述弃水管上安装电磁阀，所述测量水桶放置在第二称重器上，所述第二称重器安装在所述基座上；所述测量筒b和测量筒a的保护桶内部均设置有加热装置，称重器、加热装置分别与控制器相连，实现通讯与控制，在保护桶内温度低于0度时，通过加热装置使保护筒内温度保持在0度，避免保护筒内部机件结冰，同时又不能影响雨量筒自然融雪过程。

所述加热装置包括加热片和温度传感器，加热片通过温控开关与电源连接，温度传感器与控制器连接。所述测量筒b采用称重监测降水量时，测量水桶下部设置弃水管，所述弃水管上安装电磁阀，当测量水桶中水量达到额定值q克时，实现自动排水。

本发明的有益效果是：

1、本发明能够满足《降水量观测规范》》的要求；能够开展降雨量、降雪量同步观测，不会出现延时；避免现有称重式雨雪量计、加热融雪翻斗雨雪量计的缺点和不足，可以有效提高观测精度。

2、本发明对环境因素要求低，通过对翻斗室温度控制，能够适用于-30至60度气温，增强了实用性、可靠性；能够开展自然融雪过程的计量，填补了现有雨雪量计的监测空白。

3、本发明接雨器位于雨量筒的上方且二者不接触，能够保证雨量筒的称重精确性，并且，接雨器的下端伸入雨量筒中，能够保证雨雪全部进入雨量筒，提高测量的准确性。

4、本发明保护筒的下端通过固定螺栓固定在地面或底板上，防止雨量筒和漏斗装置受到外界自然条件的影响，提高测量精度。

5、本发明能够避免称重式雨雪量计、加热融雪翻斗雨雪量计的缺点和不足，可以有效提高观测精度；方法简单易行，便于推广，实用性强，具有较高的经济效益和社会效益。

附图说明：

图1为双筒式雨雪量测量装置的测量筒a的结构示意图；

图2为双筒式雨雪量测量装置的测量筒b采用翻斗计量时的结构示意图；

图3为双筒式雨雪量测量装置的测量筒b采用称重计量时的结构示意图。

具体实施方式：

实施例：参见图1-图3，图中，1-接雨器，2-雨量筒，3-排水管，4-第一称重器，5-保护筒，6-漏斗，7-加热装置，8-基座，9-雨量筒支腿，10-翻斗装置，11-支架，12-缓存漏斗，13-漏斗支架，14-测量水桶，15-支腿，16-弃水管，17-电磁阀，18-第二称重器。

双筒式雨雪量测量的原理与方法：

1、雨雪传感装置：

本设计共有两套方案，每套方案均有两个装置组成。首先设置降水量监测的测量筒a和测量筒b，两个装置材质和外部尺寸完全相同，其中测量筒a必须是采用称重法监测降水量，测量筒b可以采用翻斗或称重监测降水量,从而形成两套方案。装置外部设置一相同的保护筒5，保护筒5安装在基座8上。对于测量筒a（两个方案相同，见图1），保护筒5上部为接雨器1，接雨器1内径为200毫米，在接雨器1之下设置一个雨量筒2，雨量筒2上部嵌套在保护桶5内壁和接雨器1外壁之间，并相互不接触。雨量筒2下部为漏斗6和排水管3，雨量筒2放置在第一称重器4上，第一称重器4安装在基座8上。在保护桶5内部设置加热装置7。第一称重器4和加热装置与控制器相连，实现通讯与控制。

对于测量筒b之翻斗监测装置，见图2。雨量筒2通过雨量筒支腿9安装在基座8上。在排水管3之下安装翻斗装置10，并与排水管3不接触，翻斗装置10安装在基座8上。在保护桶5内部设置加热装置7。加热装置、翻斗装置的传感器与控制器相连，实现通讯与控制。

对于测量筒b之称重监测装置见图3。雨量筒2安装在支架11上，支架11设置支腿15安装在基座8上。在雨量筒2下部设置一个缓存漏斗12和出水管、电磁阀20，缓存漏斗12安装在漏斗支架13上，在缓存漏斗出水管之下设置测量水桶14，缓存漏斗排水管伸入测量水桶14内部，但与测量水桶14不接触，测量水桶14下部一侧设置弃水管16，弃水管16上安装电磁阀。测量水桶14放置在第二称重器18上，第二称重器18安装在基座8上。在保护桶5内部设置加热装置7。第二称重器4和加热装置与控制器相连，实现通讯与控制。

在保护桶5内温度低于0度时，通过加热装置7使保护筒5内温度保持在0度，避免保护筒5内部机件结冰，同时又不能影响雨量筒自然融雪过程。在不测定自然融雪量情况下，可以适当提高保护筒5内温度（比如设置为1或2度），不会影响降水量监测精度。

2、称重器：

对于标准口径（200mm）的雨量筒2，降水为1毫米时，降水重量为31.416克；降水为0.5毫米时，其降水重量为15.708克；降水为0.2毫米时，其降水重量为6.283克；降水为0.1毫米时，其降水重量为3.142克。因此，根据不同降水监测精度要求，选择不同分辨率的称重器（包括第一称重器4和第二称重器18），就可以满足监测精度的需要。

3、雨量筒2装置要求：

雨量筒2的作用主要存储固体降水，不同区域气候特点不同，冬季时间长短不同，需要设置不同尺寸的雨量筒2适应不同气候区域的降雪监测需要。因此可以设置筒深为300mm、400mm、500mm等不同的规格，形成系列设备型号，适应于不同气候区域。

4、原理：

当出现降雨时，测量筒b通过翻斗或者称重器实时监测降雨量或测量水桶14重量的变化量，从而得到时段雨量和日雨量。当出现雨雪混合降水或者降雪时，测量筒a测计雨量筒中积雪重量变化量，测量筒b测计融雪量，据此计算时段降水量或者日降水量。当测量筒b采用称重器监测时，测量水桶中水量达到q克时（可在控制器中设置该参数，如3000克等），控制器发出指令，电磁阀打开排水，排水完毕关闭电磁阀，再次称重。

5、降水量计算方法:

根据水文相关规范规定，从当日8时开始到第二日8时为一个水文日，降雨量采用等时段观测。设，观测时段长为△t,时段总数为k，j为时段数，j取值为1,…,k。

(1)测量筒a:

变量设定，j时段末雨量筒重量为wj；j时段末和时段初雨量筒称重重量差转化为降水深为△wj,那么:

△wj=10（wj-wj-1）/314.15926

（4）测量筒b采用翻斗装置计量时:

设，j时段末累计降雨量或融雪量为pj，j时段降雨量或融雪量为ppj。那么:

ppj=pj-pj-1

其中，p0=0

（5）测量筒b采用称重法计量时:

j时段末测量水桶重量为wj；从8时至j时段末测量水桶增水量转化为降雨深为pj，j时段测量水桶增水量转化为降雨深为ppj；从当日8时至j时段末排水次数为i，日排水总次数为n，第i次排水前水桶重量w1i,排水后测量水桶重量为w2i，测量水桶日增水量转化为降雨量为p,j时段末累计排水总量wwi，则:

wwi=∑(w1i-w2i),i=0,1,…,n

每日8时，在控制器自动设置排水次数i=0，出现排水时i=i+1；当排水次数为0时，wwi=0；当排水次数大于0时，计算wwi。则:

pj=10[(wwi+wj)–w0]/314.15926

ppj=pj-pj-1

p=10(wwn+wk-w0)/314.15926

（4）降水量计算:

1）当△wj>0时，△wj+ppj即为△t时段内降水量，ppj为融雪量。

2）当△wj<0时，△wj+ppj=0，则降水量为0，ppj为时段内的融雪量；△wj+ppj>0，△wj+ppj即为△t时段内降水量，ppj为融雪量。

3）当△wj=0时，ppj>0,则ppj为时段降雨量；ppj=0,则时段内降水量为0。

以上降雨量、降水量或者融雪量单位为mm，保留1位小数；称重量单位为克，保留1位小数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。