本发明提供一种屋面雨水自动流量监测及样品采集装置及其相应的采集方法，所述采集装置包括横向流量测量管，该横向流量测量管连接主体部分，横向流量测量管连接于雨落管出口，所述主体部分包括能源供给系统并为数据处理系统、样品采集系统提供作业电源。本发明所述样品采集方法，包括：在雨水采集装置中内嵌至少两种采样模式；在降雨初期流量计检测到降雨强度较小，自动选用事先输入的固定时间段采样方案；当降雨量较大时，除了通过降雨时间间隔来控制采样瓶还可以通过激光水位计来按量采集。本发明所述技术方案不需要对已有雨落管进行改装的前提下，对管内所集屋面雨水的流量进行测量，并根据时间或流量变化进行自动采样和流量监测。