一．引文

雨水情監(jiān)測設(shè)備是水文防汛與水資源管理體系的核心感知載體，水文工程技術(shù)人員結(jié)合區(qū)域降水與水體水文變化的監(jiān)測需求，完成多設(shè)備集成化與智能化設(shè)計，使整套監(jiān)測設(shè)備可實現(xiàn)降雨量、水位、流速等雨水情核心要素的同步采集與實時傳輸，同時依托設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性與抗干擾性，滿足野外全天候的監(jiān)測要求，為防汛抗旱預(yù)警、水資源調(diào)度、水工程運行管理提供精準全面的雨水情數(shù)據(jù)支撐，成為水文水利信息化建設(shè)的重要組成部分。

二．監(jiān)測原理

水文研發(fā)人員根據(jù)雨水情不同監(jiān)測要素的特性設(shè)計相匹配的感知原理，將各類監(jiān)測模塊集成于雨水情監(jiān)測系統(tǒng)中，使設(shè)備可實現(xiàn)多要素協(xié)同監(jiān)測且數(shù)據(jù)可相互印證補全。降雨量監(jiān)測依托翻斗式雨量計的機械感應(yīng)原理，雨水經(jīng)集雨口匯集后推動翻斗翻轉(zhuǎn)，設(shè)備通過記錄翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)并結(jié)合標定系數(shù)換算出實際降雨量，同時光電式雨量監(jiān)測模塊可通過光線感應(yīng)實現(xiàn)降雨量的輔助校核。水位監(jiān)測采用調(diào)頻連續(xù)波雷達測距原理，雷達發(fā)射的高頻連續(xù)波接觸水面后形成反射波，技術(shù)人員通過計算發(fā)射波與反射波的頻率差結(jié)合電磁波傳播速度，測算出探頭至水面的垂直距離因而結(jié)合安裝高程得出實際水位。流速監(jiān)測基于多普勒雷達原理，雷達波照射水面流動的微小顆粒后產(chǎn)生頻移，設(shè)備捕捉頻差值并經(jīng)算法換算得出水體表面流速，再通過內(nèi)置剖面模型修正為斷面平均流速。數(shù)據(jù)采集儀作為核心控制單元，將各監(jiān)測模塊的原始數(shù)據(jù)進行匯總校準與格式轉(zhuǎn)換，同時通過傳輸模塊將處理后的數(shù)據(jù)實時上傳至后臺系統(tǒng)，使監(jiān)測人員可遠程掌握區(qū)域雨水情動態(tài)變化。

三．技術(shù)參數(shù)

水文行業(yè)技術(shù)人員依據(jù)國家水文監(jiān)測規(guī)范與防汛抗旱的實際監(jiān)測需求，對雨水情監(jiān)測設(shè)備的核心技術(shù)參數(shù)進行嚴格標定與分級適配，使設(shè)備性能覆蓋不同區(qū)域、不同場景的雨水情監(jiān)測要求。雨量監(jiān)測模塊量程覆蓋0~4mm/min且分辨率達0.1mm，監(jiān)測精度±3%可精準捕捉小雨、中雨至暴雨的降水變化。雷達水位監(jiān)測模塊常規(guī)量程0-7m,0-40m，精度分別是3mm,±1cm，分辨率1mm能捕捉水位細微波動。雷達流速監(jiān)測模塊量程0.1~20m/s，0.1~40m/s，可適配20m/s以內(nèi)的極端洪水流速，精度±0.01m/s或±1%測量值取最大值，響應(yīng)時間≤1s可實現(xiàn)流速實時捕捉。通信接口標配RS485并拓展支持4G、北斗等無線傳輸方式。整套設(shè)備工作環(huán)境溫度覆蓋-35℃~80℃，濕度適應(yīng)0~100%RH全范圍，戶外監(jiān)測設(shè)備防護等級均達IP68，雨量計器口具備防堵塞設(shè)計，雷達探頭采用防結(jié)霜、防凝露工藝，設(shè)備供電支持DC6~24V直流寬電壓與太陽能供電，可滿足野外無市電點位連續(xù)7天以上的運行需求。

四．技術(shù)優(yōu)勢

設(shè)備采用多要素一體化監(jiān)測設(shè)計，可同步完成降雨量、水位、流速等核心雨水情要素的監(jiān)測，設(shè)備整體采用非接觸式監(jiān)測方式，無水下探測部件，徹底解決傳統(tǒng)接觸式設(shè)備易被水流沖毀、泥沙淤積、水草纏繞的問題，大幅降低設(shè)備故障概率因而顯著提升設(shè)備的野外運行穩(wěn)定性。設(shè)備的監(jiān)測技術(shù)不受水體濁度、冰凌、漂浮物及降水強度的影響，在暴雨、洪水、冬季結(jié)冰等復(fù)雜氣象水文條件下仍能保持穩(wěn)定監(jiān)測，實現(xiàn)全年無間斷的雨水情數(shù)據(jù)采集，有效彌補傳統(tǒng)設(shè)備在極端條件下監(jiān)測失效的短板。設(shè)備安裝與調(diào)試流程簡便，無需大規(guī)模的土建施工，僅需將設(shè)備固定于立桿、橋梁、閘壩等載體即可完成布設(shè)，基層監(jiān)測人員經(jīng)簡單培訓(xùn)即可獨立完成安裝與參數(shù)設(shè)置。

五．應(yīng)用場景

水文監(jiān)測人員根據(jù)區(qū)域水文特征、防汛重點與水資源管理需求，將雨水情監(jiān)測設(shè)備進行針對性的點位布設(shè)與場景適配，使設(shè)備在雨水情監(jiān)測與防汛抗旱工作中發(fā)揮核心數(shù)據(jù)支撐作用。

1.在中小河流山洪易發(fā)區(qū)，設(shè)備被布設(shè)于河道上游與集鎮(zhèn)周邊的關(guān)鍵控制斷面，實現(xiàn)降雨量、水位、流速的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)遠程傳輸，為山洪災(zāi)害的提前預(yù)警與搶險決策提供精準數(shù)據(jù)。

2.在水庫、閘壩等水利工程周邊，設(shè)備被安裝于工程上下游與入庫河道，實時監(jiān)測降水與水體水文變化，為水庫調(diào)度、閘壩運行與防洪興利的綜合決策提供數(shù)據(jù)支撐。

3.在城市內(nèi)澇防控區(qū)域，設(shè)備被布設(shè)于城市河道、排水管網(wǎng)出口、下穿橋涵與易澇積水點，監(jiān)測降雨與積水水位變化，為城市內(nèi)澇預(yù)警與排水系統(tǒng)的科學調(diào)度提供依據(jù)。

4.在農(nóng)田灌區(qū)，設(shè)備被布設(shè)于灌區(qū)干渠、支渠與分水節(jié)點，監(jiān)測降水與輸水渠道的水位、流速變化，為灌區(qū)水資源的精準調(diào)度與節(jié)水灌溉實施提供數(shù)據(jù)支持。

5.在江河流域的常規(guī)水文監(jiān)測斷面，設(shè)備被布設(shè)為長期監(jiān)測點位，實現(xiàn)流域雨水情數(shù)據(jù)的連續(xù)采集，為水文資料整編、水資源量核算與水生態(tài)保護評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6.同時設(shè)備還可應(yīng)用于湖泊、濕地、飲用水水源地等區(qū)域的雨水情監(jiān)測，根據(jù)不同場景需求選配監(jiān)測模塊與設(shè)備參數(shù)，使雨水情監(jiān)測數(shù)據(jù)為各領(lǐng)域的水文管理與防汛抗旱工作提供科學依據(jù)。