一．前言

在全球氣候變化引發(fā)極端水文事件增多的背景下，水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成為保障流域防洪安全、水資源優(yōu)化配置的核心基礎(chǔ)設(shè)施。該系統(tǒng)依托各類精密監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位、雨量等關(guān)鍵水文參數(shù)的實(shí)時(shí)捕捉與精準(zhǔn)分析，為水利工程調(diào)度、水災(zāi)害預(yù)警及水資源管理提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐，其技術(shù)成熟度與應(yīng)用廣度直接關(guān)系到水利治理效能的提升。

二．工作原理

水雨情監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作原理基于物理信號(hào)感知與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化技術(shù)，不同類型設(shè)備通過針對(duì)性設(shè)計(jì)適配水文參數(shù)監(jiān)測(cè)需求。

水位監(jiān)測(cè)設(shè)備中，雷達(dá)水位計(jì)借助電磁波反射特性完成測(cè)量，工程師將頻率調(diào)制連續(xù)波技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備設(shè)計(jì)，設(shè)備發(fā)射天線向水面輻射線性調(diào)頻信號(hào)，反射信號(hào)被接收天線捕獲后傳輸至信號(hào)處理單元，通過計(jì)算發(fā)射波與反射波的頻率差并結(jié)合電磁波傳播速度恒定的物理規(guī)律，可精確換算出水位高度。

雨量監(jiān)測(cè)則以翻斗式雨量計(jì)為核心設(shè)備，科研人員通過優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓雨水經(jīng)承雨器收集后流入上翻斗，當(dāng)雨水積累至設(shè)定重量時(shí)觸發(fā)上翻斗翻轉(zhuǎn)并將雨水倒入計(jì)量翻斗，計(jì)量翻斗每完成一次翻轉(zhuǎn)便會(huì)觸發(fā)一次計(jì)數(shù)信號(hào)，監(jiān)測(cè)人員通過統(tǒng)計(jì)翻轉(zhuǎn)次數(shù)即可準(zhǔn)確核算降雨量。

兩類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集單元均能將物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，經(jīng)處理后通過傳輸模塊發(fā)送至監(jiān)控平臺(tái)，形成完整的水雨情監(jiān)測(cè)鏈路。

三．核心技術(shù)指標(biāo)

水雨情監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)需充分適配復(fù)雜自然環(huán)境與長期穩(wěn)定運(yùn)行需求。

雷達(dá)水位計(jì)的測(cè)量精度誤差控制在±1cm以內(nèi)，分辨率可達(dá)1mm，能夠精準(zhǔn)捕捉微小水位變化，測(cè)量范圍常規(guī)覆蓋0m~40m且可根據(jù)不同監(jiān)測(cè)場(chǎng)景靈活調(diào)整。環(huán)境適應(yīng)性方面，設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68標(biāo)準(zhǔn)，能有效抵御水體浸泡與粉塵侵入，工作溫度范圍覆蓋-25℃~70℃，同時(shí)具備抗雷電、抗電磁干擾能力，保障全天候不間斷運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸支持4G、北斗等無線方式及RS485、以太網(wǎng)等有線方式，傳輸速率與延遲可滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求。

翻斗式雨量計(jì)的分辨力提供0.1mm、0.2mm、0.5mm多種規(guī)格選擇，測(cè)量誤差≤±3%，雨強(qiáng)測(cè)量范圍覆蓋0mm/min~4mm/min，允許通過最大雨強(qiáng)達(dá)8mm/min，能從容應(yīng)對(duì)暴雨天氣。其工作溫度范圍為0℃~50℃，相對(duì)濕度耐受度＜95%（40℃），外殼采用耐腐蝕材料加工而成，信號(hào)輸出支持雙觸點(diǎn)通斷信號(hào)，適配現(xiàn)場(chǎng)計(jì)數(shù)與遠(yuǎn)程遙測(cè)雙重需求。

四.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代水雨情監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐應(yīng)用中不斷凸顯，為水文監(jiān)測(cè)工作提質(zhì)增效提供有力支撐。非接觸式測(cè)量技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水位監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)，設(shè)備無需與水體直接接觸因而既避免對(duì)水體流動(dòng)造成干擾，又能有效防止泥沙堵塞與設(shè)備腐蝕，顯著延長設(shè)備使用壽命。研究人員通過多點(diǎn)布設(shè)方案構(gòu)建立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在流域關(guān)鍵斷面、水庫庫區(qū)、城市易澇點(diǎn)等區(qū)域合理部署監(jiān)測(cè)設(shè)備，多方位捕捉水位與雨量變化數(shù)據(jù)，提升監(jiān)測(cè)覆蓋的全面性與數(shù)據(jù)的代表性。智能數(shù)據(jù)校正與融合算法的應(yīng)用讓系統(tǒng)能自動(dòng)消除溫度、風(fēng)速等外界環(huán)境干擾，當(dāng)多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)微小偏差時(shí)可快速完成校準(zhǔn)，保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。設(shè)備普遍配備太陽能供電模塊并結(jié)合低功耗設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行，安裝與維護(hù)流程經(jīng)簡(jiǎn)化后更適應(yīng)復(fù)雜野外環(huán)境與城市道路場(chǎng)景，數(shù)據(jù)傳輸通過云端平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享，管理人員可通過手機(jī)、電腦遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)，異常情況發(fā)生時(shí)，數(shù)據(jù)標(biāo)紅，為應(yīng)急處置爭(zhēng)取充足時(shí)間。

五．應(yīng)用場(chǎng)景

水雨情監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景已全面覆蓋水利管理與防災(zāi)減災(zāi)各領(lǐng)域，成為保障水安全的重要技術(shù)手段。

1.在流域防洪監(jiān)測(cè)中，設(shè)備被部署于江河干支流關(guān)鍵斷面及水庫進(jìn)出口，實(shí)時(shí)追蹤水位變化與降雨量，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被同步傳輸至流域防洪指揮平臺(tái)，為洪水演進(jìn)模擬與水庫調(diào)度決策提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐。

2.城市內(nèi)澇防控場(chǎng)景中，監(jiān)測(cè)設(shè)備被重點(diǎn)安裝于立交橋下、低洼路段、排水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)等區(qū)域，實(shí)時(shí)捕捉積水深度與雨量數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)值達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)及時(shí)聯(lián)動(dòng)交通管控系統(tǒng)與排水泵站，通過信號(hào)燈調(diào)整、電子屏提示等方式引導(dǎo)車輛行人規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)啟動(dòng)排水設(shè)施提升排澇效率。

3.水資源管理工作中，監(jiān)測(cè)設(shè)備長期跟蹤江河湖泊水位、降雨量及地下水埋深變化，形成的連續(xù)數(shù)據(jù)序列為水資源總量核算、用水定額制定及生態(tài)流量調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

4.在水利工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)中，設(shè)備被用于水庫、堤防、水閘等工程的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)反饋工程周邊水文環(huán)境變化，為工程安全評(píng)估與維護(hù)維修提供數(shù)據(jù)參考，助力延長工程使用壽命并保障運(yùn)行安全。

六．總結(jié)

水雨情監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)升級(jí)與應(yīng)用拓展仍在持續(xù)推進(jìn)，科研人員正通過融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，進(jìn)一步提升設(shè)備的智能化水平與數(shù)據(jù)處理能力。這些設(shè)備作為水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心感知終端，其穩(wěn)定運(yùn)行與精準(zhǔn)輸出為水利治理現(xiàn)代化提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在應(yīng)對(duì)極端水文事件、保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全及促進(jìn)水資源可持續(xù)利用等方面發(fā)揮著不可替代的作用。隨著技術(shù)不斷迭代優(yōu)化，水雨情監(jiān)測(cè)設(shè)備將更充分適配復(fù)雜環(huán)境下的監(jiān)測(cè)需求，為構(gòu)建智慧水利體系注入更強(qiáng)動(dòng)力。