虹吸式雨量计-水文现代化与新技术

虹吸式雨量计使用历史悠久，是我国目前使用最普遍的雨量自记仪器。测量精度较高，性能也较稳定。由于使用年代长，多数测站对仪器的维护、检修和数据修正都取得了很多经验，使仪器得以广泛使用。但由于其原理的限制，不能将降雨量转换成可供处理的电信号输出，不能用于自动化记录和遥测系统。

2.6.2.1　虹吸式雨量计的工作原理

虹吸式雨量计是利用虹吸原理对雨量进行连续测量，虹吸式自记雨量计如图2.62所示。

降雨由承水器取样收集，经大、小漏斗和进水管进入浮子室，持续的降水引起浮子室内水位升高，浮子室内的浮子亦因受浮力作用而随之升高，并带动浮子杆上的记录笔在记录纸上运动，作出相应记录。当降雨量累计达10mm时，浮子室内水位恰好到达虹吸管弯头处，启动虹吸，浮子室内的雨水从虹吸管流出，排空浮子室内降水。在虹吸过程中，浮子随浮子室内的水位下降而下降，虹吸结束时，浮子降落到起始位置。若继续降雨，则浮子室中浮子重新升高，再虹吸排水，从而保持循环工作。雨量计中的自记钟通过传动机构带动记录纸筒旋转，从而使记录笔在记录纸上作出相应的时间记录。根据记录曲线，可以判断降水的起讫时间、降雨强度和降雨量。

图2.62　虹吸式自记雨量计

1—承雨器；2—小漏斗；3—浮子室；4—浮子；5—虹吸管；6—储水器；7—记录笔；8—笔档；9—自记钟；10—观测窗

2.6.2.2　虹吸式雨量计的性能

虹吸式雨量计的性能如下。承水口内径：ϕ200＋0.600mm；刃口角度：45°～50°；连续降水强度记录范围：0.01～4mm/min；记录纸分度范围：0.1～10mm（降水量每到10mm时，虹吸一次）；记录误差：±0.05mm；零点和虹吸点的不稳定性，不得超过0.1mm降水量；虹吸时间不得超过14s。

2.6.2.3　虹吸式雨量计的特点和准确性分析

虹吸式雨量计产品性能可靠，测量准确性也较好。它能记录一天的降雨过程，不能用于无人值守的站点，也不能用于自动化记录和传输，以及自动化系统和长期自记。

虹吸式雨量计从其原理上来分析，其误差有下列几部分组成：

（1）仪器的起始误差δ0。仪器安装在野外，在初始干燥情况下，若降水开始，先由仪器器口汇集，通过管道、进水漏斗，最终进入浮子室。进水管道、仪器集水面、进水漏斗等处的残留水珠，都无法在仪器中得到计量，造成仪器系统偏差，即测量值总是小于真值。一般来讲，其值是一个定值，与降水量、降雨强度基本无关，并可由实验测得，称为湿润误差。虹吸式雨量计的起始误差由仪器湿润误差组成，通常小于翻斗式雨量计的最大起始误差。(www.xing528.com)

（2）浮子室内径的制造误差引起的雨量计计量的相对误差δ1。如前所述，浮子室的内径与仪器承雨器口的内径有一个确定的理论比例值。从而每0.1mm的降雨进入浮子室后，能使浮子上升一个记录纸的最小分度值。事实上由于浮子室加工中存在误差，不可能完全达到理论上的要求，所以当浮子室直径偏大时，将使雨量记录结果偏小，反之亦然。

（3）零点不稳定引起的雨量计量值相对误差δ2。由于制造工艺造成零件尺寸的离散性，浮子的大小、形状、传动系统的摩擦力等方面的差异，使每次虹吸结束后，浮子杆上的记录笔不可能绝对归零，而产生零点误差。零点误差可正可负，是随机误差。

（4）记录纸误差引起的雨量计测量相对误差δ3。记录纸印刷刻度误差，以及记录纸受环境温度、湿度变化引起伸缩变形而产生的误差也是随机误差。

（5）虹吸过程引起的雨量计量值相对误差δ4。在仪器虹吸过程中，若还在降雨，则承水器仍然向浮子室进水。这部分水亦随虹吸过程排出，而造成雨量计量值比实际降雨量小，使测量结果偏小。

设虹吸一次的降雨量计量值为H，虹吸中的平均雨强为P，虹吸时间为t，则虹吸过程中实际排出水量为H＋Pt，而非H。若求其相对误差，则可用下式表示：

当处于极限工作状态时，即H＝10mm，P＝4mm/min，t＝14ms＝0.233min，代入上式，即得：δ4＝－8.5%。

由此可见，虽然出现极限情况很少，但该误差值是非常大的，是虹吸式雨量计计量误差的主要部分，该误差使记录结果偏小。在最后进行资料整编时，通常要进行虹吸订正，予以消除。

（6）承水器环口直径制造误差引起的雨量计量值的相对误差δ5。器口尺寸直接控制了仪器承受雨量的面积，是决定仪器精度的因素之一。

（7）浮子室内承接的雨水蒸发形成的误差。雨停时，浮子室内承接的雨水已被记录在记录纸上。随后，较长时间不下雨，尽管浮子室并不是敞口的，但其中的存水还是会蒸发，使下次的降雨量记录偏小。此误差可以通过仔细判读从记录纸上发现。

由于虹吸式雨量计的虹吸误差是最主要的误差，该误差使测量结果偏小，所以在规定器口尺寸中，与翻斗式雨量计一样，同样规定其为ϕ200＋0.600　mm，其目的也是希望抵消一部分仪器的起始误差与虹吸误差，从而提高仪器的整体测量精度。

在中、小雨强时，虹吸式雨量计的测量准确性较好，可达0.5%。这是因为雨强小，虹吸误差小。在雨量很小时，虹吸式雨量计的准确性也很好，它可以测出0.1mm雨量。小雨量时，浮子室的反应同样很灵敏。10mm以下雨量时，不产生虹吸，准确性很好。