雪水当量监测方案

方案介绍

雪水当量监测方案面向高山气象观测、高寒流域水文、冰冻圈科研、山区公路铁路、滑雪场、高山景区、水库流域及高寒工程等应用场景，通过双层称重、固液分离、温度监测、自动排水和远程通信，对进入标准承雪口的雪、冰粒及自由液态水进行连续采样和质量测量，并换算形成采样口雪水当量数据。

系统采用“承雪口 + 防风圈 + 上层雪冰称重桶 + 倾斜筛网与排水孔 + 下层自由水称重桶 + 温度与加热控制 + 自动排水阀 + 数据采集通信主机 + 远程平台”的总体结构。

降雪进入承雪口以后，固态雪冰由上层结构截留并称重；已经形成并能够自由流动的液态水经筛网和排水孔流入下层集水桶，由独立称重单元进行测量。系统将上下两层净质量相加，再根据承雪口实际有效面积换算为水当量。

通过上下两层独立称重，可以在获得总水当量的同时观察固态雪冰质量和已分离自由水质量变化，为降雪相态变化、升温融化、冻融过程及样本状态分析提供更多信息。

本方案中的雪水当量主要指“采样口雪水当量”“采样周期降雪水当量”或“采样口累计水当量”，即进入设备承雪口的降雪样本全部融化以后形成的等效水深。

该数据不能直接等同于自然地面现存整个积雪层的总雪水当量。地面积雪总SWE属于雪盖储水量监测范畴，如项目目标是获取地面积雪层总储水量，应采用雪枕、人工雪样、雪深密度联合监测或其他适用方法，并进行站点代表性验证。

监测目标

• 连续监测采样口降雪水当量。
• 监测单个采样周期水当量。
• 监测采样口累计水当量。
• 监测上层固态雪冰质量。
• 监测下层自由液态水质量。
• 同步获取固态与自由水两类质量数据。
• 监测降雪过程水资源输入量。
• 分析雪、雨夹雪及融化过程中的样本变化。
• 分析固态雪样向自由水转化过程。
• 计算已分离自由水质量比例。
• 记录每个有效样本形成时间。
• 统计小时、日、月及雪季累计采样口水当量。
• 记录系统清桶和累计值复位时间。
• 记录自动排水过程。
• 监测排水前后质量变化。
• 识别排水失败及残余水异常。
• 识别筛网冻堵及疑似堵塞。
• 监测桶体温度。
• 监测加热系统运行状态。
• 监测低温条件下设备运行状态。
• 监测上层称重超量程。
• 监测下层称重超量程。
• 监测称重零点和漂移。
• 监测供电状态。
• 监测通信状态。
• 记录上报成功和失败。
• 为高寒流域降雪输入分析提供基础数据。
• 为融雪径流模型提供站点降雪水量输入。
• 为雪崩综合监测提供新增降雪水量背景。
• 建立长期固态降水水当量观测数据库。

需求分析

高寒地区冬季降水主要以雪、冰粒、雨夹雪等固态或混合相态出现。传统人工取雪、称量和融雪测量可以获得降雪水量，但观测频次受天气、交通和现场安全条件限制，难以形成连续自动数据。

单纯监测降雪后的地面雪深，只能获得积雪厚度，不能准确说明此次降雪实际带来了多少水量。不同雪密度条件下，相同新增雪深对应的水当量可能存在明显差异。

对于高寒水文和融雪径流研究，真正需要的是降雪带来的实际水资源输入。因此需要将雪样质量转换为等效水柱高度，建立稳定的降雪水当量时间序列。

传统单桶称重可以测量总样本质量，但当样本同时包含固态雪冰和融化自由水时，无法进一步区分两种状态。双层固液分离结构能够分别记录上层雪冰和下层已流出的自由水质量，提高样本状态的可解释性。

高寒环境同时存在低温结冰、筛网冻堵、排水阀冻结、强风、吹雪、霜冻、挂雪及供电困难等问题，因此系统需要具备保温、加热、温度监测、排水检测和设备健康诊断能力。

高风速还会影响承雪口实际捕获效率。设备测量的是进入承雪口的样本，并不能保证完全等于某一面积自然地面的实际降雪沉积，因此高精度项目需要与标准观测、人工雪样或其他参考设备长期比对。

此外，采样口累计值与地面积雪总储量的物理含义不同。系统设计和软件平台必须明确区分两种概念，避免将清桶、排水或重新建立称重基准后的累计值错误拼接成地面积雪总SWE。

监测方法

1. 标准承雪口采样

通过具有已知有效面积的圆形承雪口接收自然降落的雪、冰粒、雨夹雪及其他降水样本。

承雪口设计直径约Φ400mm，理论几何面积约0.1257m²。实际项目应通过装配测量确定有效面积，并将其作为水当量换算的重要标定参数。

2. 上层固态雪冰称重

进入设备的固态雪冰首先进入上层雪冰桶，由高精度称重传感器连续测量其净质量。

上层桶设置倾斜筛网和排水孔，使能够自由流动的液态水逐步离开固态样本区域。

3. 下层自由水称重

从上层雪样中析出或融化形成的自由水通过筛网和排水孔流入下层集水桶，由独立称重传感器测量其质量。

4. 双层质量同步采集

采集主机按照统一时间戳同步读取上层净质量和下层净质量，同时记录温度、加热、排水、供电和通信状态。

5. 水当量换算

将上层固态雪冰质量与下层自由水质量相加，再除以实际有效承雪面积，换算为等效液态水深。

6. 温度监测

监测桶体、环境或关键结构温度，用于分析冻结状态、加热控制和称重数据质量。

7. 低温加热控制

在项目设定条件下对下层或关键排水部位进行适度加热，以降低自由水再次冻结、排水口冻堵等风险。

8. 自动排水

下层自由水达到设定质量、液位或采样周期要求以后，可通过常闭电磁排水阀执行排水。

排水动作前固定本次有效样本，排水结束后重新读取残余质量，用于判断是否完成有效排水。

9. 清桶与复位管理

当上层雪冰桶达到清理条件时进行人工或项目规定的清桶操作。系统记录清桶前质量、清桶时间、复位时间及新的空桶基线。

10. 实时数据上传

每个有效样本形成后立即发起一次上报。以太网和4G可发送完整记录，北斗短报用于发送精简测值和告警。

应用原理

1. 雪水当量定义

雪水当量表示一定雪冰样本全部融化后形成的等效液态水柱高度。

对于承雪口采集的样本，设：

m_s = 上层固态雪冰净质量

m_w = 下层自由水净质量

A = 承雪口实际有效面积

则总样本质量为：

m_total = m_s + m_w

当质量单位采用kg、面积采用m²时，采样口水当量可表示为：

SWE_mm = (m_s + m_w) / A

其数值单位为mm。

这是因为1kg/m²的水质量约对应1mm水柱高度。

2. 理论承雪面积

当承雪口直径D约为0.4m时：

A = π × D² / 4

理论面积约：

A ≈ 0.1257m²

正式计算应使用实际装配后的有效面积，而不是仅使用理论设计尺寸。

3. 固液分离原理

降雪进入上层后，筛网截留固态雪冰，同时允许已经能够流动的自由液态水进入下层桶。

因此系统可分别获得：

固态雪冰质量m_s

自由水质量m_w

总水当量质量m_s + m_w

4. 自由水比例

可根据：

R_w = m_w / (m_s + m_w) × 100%

计算已分离自由水质量比例。

该指标仅描述设备采样结构中已经从雪冰样本分离并流入下层桶的自由水比例，并不等同于自然雪层真实液态含水率。

自然雪层液态含水率需要采用专用介电、热量或其他经过标定的雪湿度测量方法。

5. 周期水当量

如果系统按照10分钟或其他设置周期形成一个有效样本，则可计算：

ΔSWE_n = SWE(t_n) - SWE(t_n-1)

在累计基准未发生复位的条件下，可用于描述相邻采样周期内新增的采样口水当量。

6. 累计水当量

在一次清桶或基准复位周期内，可累计多个有效采样值形成：

SWE_acc

表示该累计周期内承雪口获得的水当量。

当清桶、排水或重新建立累计基准以后，必须明确记录复位时间，不能直接将新旧累计基准当作同一个自然积雪层总SWE值。

7. 低温运行原理

系统根据温度数据控制下层保温与加热，使排水机构维持在可工作的温度范围，同时兼顾功耗和样本状态。

加热策略需要避免过度加热导致不必要蒸发或明显改变采样状态。

8. 排水质量控制

设排水前下层质量为m_before，排水后残余质量为m_after，则：

m_residual = m_after

如果残余质量高于允许阈值，则可标记：

排水不完全

排水阀异常

冻堵

杂质堵塞

等状态。

9. 完整技术链路

自然降雪 → 承雪口采样 → 上层截留固态雪冰 → 自由水下渗 → 上下层独立称重 → 零点及温度修正 → 总质量计算 → 有效面积换算 → 形成采样口SWE → 数据质量检查 → 实时上报 → 自动排水/清桶 → 建立下一采样基准

功能特点

• 采样口雪水当量连续自动监测。
• 双层独立称重。
• 固态雪冰质量监测。
• 自由液态水质量监测。
• 固液分离结构。
• 周期降雪水当量计算。
• 采样口累计水当量计算。
• 实际承雪面积参数管理。
• 上下层独立零点管理。
• 称重温度补偿。
• 称重超量程检测。
• 上下层独立标定。
• 自由水质量比例计算。
• 桶体温度监测。
• 低温状态监测。
• 自动加热控制。
• 加热状态记录。
• 自动排水控制。
• 排水动作时间记录。
• 排水前质量记录。
• 排水后残余质量记录。
• 排水失败识别。
• 筛网疑似冻堵识别。
• 清桶复位记录。
• 累计基准版本管理。
• 有效样本质量标识。
• 异常样本标记。
• 有效样本生成后立即发送。
• 以太网完整数据传输。
• 4G完整数据传输。
• 北斗精简数据及告警上传。
• 供电状态监测。
• 通信状态监测。
• 数据新鲜度显示。
• 最后成功样本时间显示。
• 上报失败记录。
• 数据过期状态显示。
• 小时累计统计。
• 日累计统计。
• 月累计统计。
• 雪季事件统计。
• 历史曲线显示。
• 原始质量数据查询。
• 标定记录管理。
• 人工复核状态管理。
• 多站点远程管理。

硬件清单

序号	设备名称	主要功能	配置建议
1	标准承雪口	接收自然降落雪冰和混合降水样本	核心配置
2	可拆式防风圈	降低部分风场对承雪采样过程影响	标准/推荐配置
3	上层雪冰桶	收集并称量固态雪冰样本	核心配置
4	上层称重传感器	测量固态雪冰净质量	核心配置
5	倾斜筛网	截留固态雪冰并促进自由水分离	核心配置
6	多孔排水结构	使自由水从上层进入下层集水桶	核心配置
7	下层集水桶	收集已经分离的自由液态水	核心配置
8	下层高精度称重传感器	测量自由水质量	核心配置
9	温度传感器	监测桶体和关键结构温度	核心/推荐配置
10	保温结构	改善低温条件下下层水体及排水机构运行环境	标准配置
11	底部加热片	降低自由水和排水机构冻结风险	极寒项目配置
12	常闭电磁排水阀	执行下层自由水自动排放	核心配置
13	杂质过滤结构	减少杂质进入排水阀造成堵塞	推荐配置
14	称重信号变送器	将桥式称重信号转换为4～20mA或总线信号	按最终称重传感器配置
15	集成数据采集主机	采集称重、温度和运行状态并进行水当量计算	核心配置
16	加热与阀门驱动模块	驱动加热片和电磁阀等功率负载	核心/项目配置
17	户外防护机箱	保护采集、通信、电源及控制模块	标准配置
18	4G通信模块	完整观测数据远程上传	常用配置
19	以太网通信模块	固定站点有线网络通信	按项目配置
20	北斗短报终端	弱公网区域发送核心数据和告警	选配
21	太阳能供电系统	高寒无人区独立供电	选配
22	低温储能电池	夜间及连续阴雪天气供电	太阳能方案配置
23	风速风向传感器	分析强风和吹雪对采样捕获率影响	推荐选配
24	超声波雪深传感器	同步获取自然地面积雪厚度	推荐选配
25	空气温湿度传感器	记录降雪和融化环境背景	推荐选配
26	视频监控设备	查看承雪口挂雪、冻堵及现场降雪状态	选配
27	远程监测平台	实时数据、曲线、质量状态、排水记录和设备运维	推荐配置

硬件参数

参数项目	量程/设计指标	精度或说明
系统型号	S-CGSWE01	雪水当量监测系统
核心测量结构	双层称重 + 固液分离	上层雪冰、下层自由水
主要输出	周期降雪水当量、采样口累计水当量、上下层质量及设备状态	不直接等同于地面积雪总SWE
承雪口直径	设计Φ400 mm	最终按装配图及实测确认
理论承雪面积	约0.1257 m²	实际有效面积必须现场或装配实测入档
上层称重量程	设计0～20 kg	雪冰样本
上层称重分辨率	1 g	设计指标
上层称重精度	±1 g	需通过静态标定和温度试验验证
下层称重量程	设计0～5 kg	自由液态水
下层称重分辨率	0.1 g	设计指标
下层称重精度	±0.1 g	需通过静态标定和温度试验验证
上层质量对应水当量	20 kg约对应159 mm	按0.1257m²理论面积换算，仅表示上层满量程对应值
下层质量对应水当量	5 kg约对应40 mm	仅表示下层满量程对应值
系统总SWE量程	不定义为简单固定值	受上下层样本相态分配、排水、清桶和累计基准影响
温度测量范围	设计-40℃～+50℃	按最终温度探头核验
温度测量精度	设计±0.2℃	最终按选配探头验证
加热功率	设计10～20 W	实际动作功耗和低温能力需验收
排水阀	DC12V常闭电磁阀	需验证低温动作及防冻能力
建议采样周期	10 min	可按项目配置
实时上报	有效样本生成后立即发起发送	不代表每秒形成有效样本
采集输入	10路模拟量，默认4～20mA；2路RS485	实际通道占用按BOM确认
采集主机供电	DC12～24V	系统供电需同时考虑加热和通信峰值
采集硬件存储	8 Mbit Flash	本方案默认不建立自动历史补报队列
采集硬件工作温度	-40℃～+80℃	属于采集硬件参数，不代表整机全部部件性能
采集硬件湿度	0～95%RH	采集硬件参数
采集箱防护	IP65	最终整机防护需装配后另行核验
通信方式	以太网 / 4G / 北斗短报	北斗需配置对应终端和服务
断点续传	默认不配置	通信失败样本不自动补传，如需历史完整性应另立配置

方案实现

第一步：现场调查

调查监测区域降雪量、最低温度、主导风向、最大风速、雨雪转换特点、积雪期长度、太阳能条件、通信覆盖和维护条件。

第二步：确定监测目的

首先明确项目需要监测的是采样口降雪水当量还是地面积雪总雪水当量。

如果目标是降雪过程和水文输入，可采用本双层采样称重系统。

如果目标是当前自然地面整个积雪层的总储水量，则应增加雪枕、人工雪样或雪深雪密度等监测方式。

第三步：站址选择

选择开阔、能够代表项目目标区域降雪状况的位置，避开屋檐、树冠、坡面滚雪、建筑物背风堆雪和人为清雪区域。

第四步：基础施工

基础应具备抗冻胀和抗风能力，保证设备长期保持垂直，承雪口保持水平。

第五步：安装承雪与称重结构

依次安装承雪口、防风圈、上层雪冰桶、筛网、排水结构、下层集水桶及称重单元。

第六步：确认有效面积

实测承雪口有效直径和面积，将面积参数写入平台并形成标定档案。

第七步：称重零点校准

上下两层分别在空桶状态进行零点标定。

第八步：标准砝码标定

分别对上下层使用标准质量进行多点加载，检查线性、重复性、卸载回零和温度影响。

第九步：交叉影响检查

向上层加载时检查下层是否出现不合理称重变化，向下层加载时检查上层是否受到结构耦合影响。

第十步：面积换算验证

使用已知质量的水进行测试，根据实际承雪面积计算理论水当量，并与系统输出比较。

第十一步：筛网分离测试

使用模拟雪样、冰水混合样本或项目允许的测试方法，检查固态截留和自由水下渗是否顺畅。

第十二步：低温及排水测试

测试加热、保温、排水阀动作及排水后残余质量，确认设备能够识别排水失败和冻堵状态。

第十三步：通信测试

分别测试以太网、4G及北斗短报配置，并记录完整数据与精简数据字段。

第十四步：断链测试

模拟网络中断，检查平台是否正确显示上报失败、最后成功样本时间和数据过期状态。

通信恢复以后系统发送新的当前样本，不应将旧数据冒充当前实时数据。

第十五步：太阳能核算

按照连续采样、加热占空比、通信发送功耗、冬季最低温度和电池低温容量折减核算太阳能和储能容量。

第十六步：试运行

正式投入使用前连续运行并检查称重稳定性、温度、加热、排水、通信、供电和数据平台显示。

第十七步：正式运行

系统按照配置周期形成有效样本，完成水当量计算、状态判断和实时上报，并持续记录整个雪季采样过程。

数据分析

1. 周期雪水当量分析

按每个有效采样周期统计进入承雪口的雪冰与自由水总质量，并计算对应水当量。

2. 累计水当量分析

在同一个累计基准周期内持续累加有效样本，形成采样口累计降雪水当量曲线。

3. 固态雪冰质量分析

单独分析上层质量变化，用于观察当前样本中固态雪冰积累情况。

4. 自由水质量分析

单独分析下层自由水质量，可以观察采样样本中已经产生并分离的液态水变化。

5. 自由水比例分析

计算：

R_w = m_w / (m_s + m_w)

分析样本中已分离自由水比例随时间变化。

该指标只能描述采样装置内的自由水分离状态，不能直接作为自然雪层液态含水率。

6. 降雪过程分析

当上层固态质量持续增加、总SWE同步增加时，可形成一次持续降雪过程记录。

7. 雨夹雪或湿雪过程分析

如果总SWE增加的同时下层自由水质量增长明显，可结合气温等参数分析混合降水、湿雪或样本融化过程。

8. 升温融化过程分析

降雪停止后，如果上层质量减少而下层自由水增加，且总质量在排水前基本守恒，可以分析采样桶内固态雪冰向自由水转化过程。

9. 排水过程分析

记录排水前质量、排水后质量及动作时间，分析排水效率。

可定义：

η_d = (m_before - m_after) / m_before × 100%

作为项目内部排水效率指标之一。

10. 冻堵异常分析

如果低温条件下上层质量持续变化，而下层长期没有自由水响应，同时筛网或排水状态异常，可标记疑似冻堵事件。

11. 采样捕获分析

强风可能导致雪粒绕过承雪口，使实际捕获量偏低；吹雪也可能造成非垂直自然降雪进入采样口。

因此可将风速风向与SWE数据联合分析，评估不同风场下采样数据的代表性。

12. 雪深联合分析

如同步配置超声波雪深设备，可以对比：

降雪水当量增加 → 地面积雪深度变化

辅助研究不同降雪过程对应的新雪密度及沉降特征。

13. 水文输入分析

采样口周期降雪水当量可以作为高寒流域降雪输入时间序列之一，并与气温、雪深、地面SWE和河道径流共同用于融雪水文研究。

14. 数据新鲜度分析

平台对每个站点显示最后一次成功样本时间。若网络中断，则当前数据应标记为过期，而不是继续使用最后一次有效值冒充实时数据。

15. 数据质量分析

每个有效样本建议同步保存：

采样时间

上层原始质量

下层原始质量

上层净质量

下层净质量

有效承雪面积

周期SWE

累计SWE

温度

加热状态

排水状态

清桶/复位状态

上报状态

数据质量码

从而保证雪水当量结果可追溯。

预警决策

雪水当量监测主要用于降雪、水资源和样本状态监测，不应仅凭某一SWE数值直接形成雪崩、洪水或道路安全结论。

一级：降雪水量增加提示

采样口水当量持续增加。

系统动作：记录新增降雪事件并统计累计水量。

二级：快速降雪水量增加提示

单位时间内周期水当量明显高于正常背景。

系统动作：发送强降雪水量变化提示，并联动雪深、风速风向和称重式降雪量等信息。

三级：高累计降雪提示

一定时间窗口内累计采样口水当量达到项目管理阈值。

系统动作：为道路除雪、雪崩新增荷载、水文和高寒工程运行提供数据输入。

自由水增加提示

下层自由水质量或自由水比例持续增加。

系统动作：提示样本正在出现明显液态水，并关联温度数据分析降雪相态或融化状态。

筛网疑似冻堵告警

系统出现异常质量关系、下层长期无正常响应或温度条件显示可能冻结。

系统动作：标记待复核数据并提示检查筛网、排水孔和加热系统。

排水失败告警

排水阀动作以后下层残余质量仍高于项目阈值。

系统动作：记录排水失败，相关数据进入待复核状态并发送维护信息。

称重超量程告警

上下层质量达到或接近对应称重传感器量程时，系统发送维护提示，避免超载造成测量异常。

低温运行告警

关键结构温度低于项目设定范围且加热无法维持正常运行状态时，平台发送低温运行异常。

供电异常告警

低电压、太阳能充电异常或供电中断时发送设备健康告警。

通信异常告警

有效样本发送失败时，系统标记本次上报失败，并显示最后成功样本时间。

本方案默认不设置断点续传，因此恢复通信以后不会自动补发断网期间的历史样本。如项目要求完整历史数据，应单独增加可靠离线记录、批量补传或人工导出功能。

方案优点

直接质量测量

通过称重直接获得雪冰和自由水质量，水当量计算具有清晰物理基础。

双层固液分离

相比单桶总质量测量，可以进一步区分固态雪冰和已经流出的自由水，提高样本状态解释能力。

上下层量程独立设计

上层承受较大的雪冰质量，下层针对较小自由水量采用更高分辨率称重，可根据不同测量对象配置合适量程。

水当量计算透明

原始质量、承雪面积和计算公式均可追溯，便于标定、科研复算和项目验收。

明确测量边界

系统明确区分采样口降雪水当量与地面积雪总SWE，避免不同物理量混用。

低温运行管理

配置温度、保温、加热和排水状态监测，提高低温环境下长期运行可维护性。

自动排水

下层自由水可自动排出，减少人工频繁清理，提高连续运行能力。

异常状态可追踪

冻堵、排水失败、超量程、清桶复位、通信失败等事件均保留状态记录。

实时数据新鲜度明确

有效样本形成后立即发送，并在平台显示最后成功时间和数据过期状态，避免把历史值误认为当前值。

通信方式灵活

以太网和4G负责完整数据，北斗短报可在弱公网环境发送核心测值和告警。

适合高寒无人站

可采用太阳能和低温储能运行，适用于偏远山区长期观测。

扩展方便

可以与雪深、气象、地面SWE、雪温、液态含水率和雪崩监测设备统一组网。

应用领域

• 高山气象观测站。
• 自动气象站。
• 冰冻圈综合观测站。
• 高寒流域水文站。
• 降雪水资源监测。
• 融雪径流研究。
• 水库流域降雪输入监测。
• 春汛研究。
• 高山科研观测站。
• 山区公路。
• 高速公路高寒路段。
• 铁路沿线。
• 高山隧道口。
• 高寒机场。
• 滑雪场。
• 高山景区。
• 雪崩综合监测站。
• 水利水电工程。
• 高寒输电设施。
• 风电场。
• 高寒矿区。
• 自然保护区。
• 高寒生态研究。
• 高校科研院所。
• 长期野外定位观测站。

效益分析

降雪水量定量化效益

将“下了多少雪”的厚度概念进一步转换为“降雪实际包含多少水”的质量和水当量概念，提高水资源分析能力。

连续观测效益

代替部分人工反复取雪、称量和融雪操作，形成固定采样周期的连续时间序列。

高寒水文效益

周期降雪水当量能够作为流域冬季水量输入参数，与地面积雪SWE和径流联合后，有助于研究“降雪输入—积雪储存—春季融雪输出”的完整过程。

固液状态分析效益

双层称重使固态雪冰和自由水分别可见，有利于研究降雪相态转换和样本融化过程。

雪崩研究效益

短时间大量降雪水当量增加意味着新的雪质量输入，可以作为雪深、雪层压力和雪荷载监测的重要背景数据。

交通管理效益

山区公路和铁路可将降雪水量与雪深、气温和风场联合分析，为冬季巡查和除雪管理提供基础信息。

设备运维效益

排水状态、冻堵状态、温度、供电和通信均可远程查看，提高偏远站点维护计划性。

数据质量效益

系统保留上下层原始质量、标定参数、排水记录、清桶复位和质量标识，便于发现数据异常来源。

通信管理效益

明确区分采样周期、实时上报和网络到达时间，避免将“实时上报”误解为无限高频采样。

长期数据资产效益

多年运行可以建立降雪水当量、固态质量、自由水比例和天气背景数据库，为高寒地区降雪气候、水文和冰冻圈研究提供基础资料。

国标规范

雪水当量双层称重监测属于固态降水称重、地面气象观测、自动数据采集和高寒环境监测综合应用。按照现有产品资料，可参考以下标准和技术依据。

1. QX/T 320-2016《称重式降水测量仪》：用于称重法降水测量仪器的性能与试验方法参考。

2. GB/T 35228-2017《地面气象观测规范 降水量》：用于降水观测口径、观测方法和数据处理参考。

3. GB/T 35229-2017《地面气象观测规范 雪深与雪压》：用于自然地面积雪雪深、雪压等观测方法参考，并帮助区分采样口降雪水当量与地面积雪状态参数。

4. GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》：用于实际装配后的采集箱、接头及户外设备结构防尘防水验证参考。

5. USDA Natural Resources Conservation Service雪枕雪水当量传感器相关标准与规范：用于地面积雪SWE监测技术路线参考。雪枕测量对象与本双层采样桶不同，不能直接套用其性能指标。

6. 北斗短报终端及对应服务技术文件：用于确认覆盖范围、单次报文容量、发送频率和服务开通条件。

7. 项目称重标定文件：包括上下层零点、标准砝码多点、温度影响、卸载回零和交叉影响试验。

8. 项目有效承雪面积记录：作为SWE换算的重要计量参数，应纳入交付和验收档案。

上述标准和技术资料主要用于项目设计、适用性分析和测试方法参考，不表示S-CGSWE01已经取得相应认证或完成全部标准试验。正式项目应以现行有效标准、招标文件、最终设备BOM、装配标定及现场验收结果为准。

参考文献

[1] S-CGSWE01《雪水当量监测系统说明书》，V1.0，2026。

[2] QX/T 320-2016，《称重式降水测量仪》。

[3] GB/T 35228-2017，《地面气象观测规范 降水量》。

[4] GB/T 35229-2017，《地面气象观测规范 雪深与雪压》。

[5] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》。

[6] USDA Natural Resources Conservation Service. Snow Pillow Snow Water Equivalent Sensor Standards and Specifications.

[7] 中国卫星导航系统管理办公室，《新时代的中国北斗》。

[8] 固态降水称重观测、雪水当量、降雪捕获误差及高寒环境自动观测相关技术资料。

案例分享

典型案例：高寒流域降雪水当量监测

以下案例为典型应用方案模板，用于说明系统应用方式，不作为S-CGSWE01已经完成验收的真实客户项目业绩。

某高寒山区流域冬季长期积雪，春季融雪是河流径流的重要来源。原有站点能够监测空气温度和雪深，但难以准确获得每次降雪实际输入的水量。

项目建设一套S-CGSWE01双层称重雪水当量监测系统，同时配置超声波雪深、空气温湿度和风速风向设备。

一次低温降雪开始后，雪样不断进入上层雪冰桶。

上层质量持续增加，而下层自由水质量基本保持较低水平。

系统根据上下层总质量和承雪口实际面积不断生成采样周期水当量。

平台形成：

降雪开始 → 上层雪冰质量增加 → 总样本质量增加 → 周期降雪水当量增加 → 累计降雪水当量增加

的连续过程。

随着天气转暖，部分上层雪样开始融化。

自由水经过筛网和排水孔进入下层桶，下层质量开始增加。

系统由此可以观察：

固态雪冰减少 → 自由水增加 → 总样本水当量变化

的过程。

当下层自由水达到排水条件后，系统首先固定当前有效样本，再打开电磁阀执行排水。

排水结束后读取下层残余质量，如果残余量处于允许范围，则完成本次排水事件；如果残余质量异常，则平台标记排水失败并提示维护。

研究人员可将整个冬季累计降雪水当量与地面积雪SWE、雪深和春季河道流量进行对比，分析流域冬季降雪输入和春季融雪输出过程。

典型案例：山区公路降雪水量监测

某山区公路冬季降雪频繁，已有道路气象站能够监测温度、湿度和雪深，但管理人员希望进一步了解一次强降雪实际带来的水量。

项目在道路附近代表性位置部署雪水当量监测系统，并与雪深和风速风向设备统一上传。

一次强降雪期间，上层固态质量快速增加，周期SWE连续升高。

平台能够同时显示：

当前采样周期降雪水当量

当天累计采样口水当量

当前雪深

空气温度

风速风向

设备健康状态

相比仅监测雪深，这种方式能够进一步提供降雪质量和水量信息。

如果同期出现大风，平台可将风速与采样SWE同步显示，提醒使用者注意固态降水捕获效率可能受到风场影响。

典型案例：雪崩综合监测站降雪输入模块

某高山雪崩科研站已经配置雪深、雪层温度、雪层压力、雪体位移和雪崩次声设备，需要增加降雪质量输入参数。

双层雪水当量监测系统作为降雪输入模块接入综合平台。

持续降雪期间，系统获得采样周期新增水当量，同时雪深监测记录积雪厚度增加。

多层雪层压力设备则记录新增加载以后不同雪层受力变化。

平台可以形成：

降雪水当量增加 → 新增雪质量输入 → 雪深增加 → 雪层荷载和压力变化 → 后续雪层状态变化

的数据链。

本系统不单独根据降雪SWE发布雪崩风险结论，而是将其作为新增降雪加载背景输入综合模型和专业人员研判流程。

典型案例：滑雪场降雪与自由水状态监测

某高山滑雪场希望记录自然降雪水量，并观察升温阶段采样雪中的自由水变化。

项目安装双层称重雪水当量系统，并同步监测雪深和空气温度。

寒冷干雪阶段，上层雪冰质量增长明显，下层自由水保持较低水平。

当气温升高或出现湿雪天气后，下层自由水质量开始增加。

通过上层、下层和总SWE曲线，可以研究不同天气条件下自然降雪样本由固态向自由水转化的过程。

需要注意，下层自由水比例不作为自然雪道雪层液态含水率。如需直接监测雪层湿雪状态，应另配雪层液态含水率传感器。

公开技术路线参考：SNOTEL雪水当量监测

美国NRCS公开的SNOTEL站网长期采用雪枕等设备监测地面积雪层雪水当量，并与雪深、气温和降水等参数联合用于水资源分析和水量预报。

该公开技术路线表明，SWE是高寒水资源观测中的重要参数。

但SNOTEL雪枕直接测量的是地面现存积雪层负荷所对应的总雪水当量，而S-CGSWE01测量的是承雪口采集到的降雪样本水当量，两者监测对象和结构不同。

因此该公开案例仅用于说明雪水当量在高寒水文中的应用价值，不作为S-CGSWE01的部署案例或性能证明。