一．引文

雨水情監(jiān)測(cè)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(cè)需求，完成多設(shè)備集成化與智能化設(shè)計(jì)，使整套監(jiān)測(cè)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)降雨量、水位、流速等雨水情核心要素的同步采集與實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)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(cè)要求，為防汛抗旱預(yù)警、水資源調(diào)度、水工程運(yùn)行管理提供精準(zhǔn)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(cè)原理

水文研發(fā)人員根據(jù)雨水情不同監(jiān)測(cè)要素的特性設(shè)計(jì)相匹配的感知原理，將各類(lèi)監(jiān)測(cè)模塊集成于雨水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，使設(shè)備可實(shí)現(xiàn)多要素協(xié)同監(jiān)測(cè)且數(shù)據(jù)可相互印證補(bǔ)全。降雨量監(jiān)測(cè)依托翻斗式雨量計(jì)的機(jī)械感應(yīng)原理，雨水經(jīng)集雨口匯集后推動(dòng)翻斗翻轉(zhuǎn)，設(shè)備通過(guò)記錄翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)并結(jié)合標(biāo)定系數(shù)換算出實(shí)際降雨量，同時(shí)光電式雨量監(jiān)測(cè)模塊可通過(guò)光線感應(yīng)實(shí)現(xiàn)降雨量的輔助校核。水位監(jiān)測(cè)采用調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)測(cè)距原理，雷達(dá)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(guò)計(jì)算發(fā)射波與反射波的頻率差結(jié)合電磁波傳播速度，測(cè)算出探頭至水面的垂直距離因而結(jié)合安裝高程得出實(shí)際水位。流速監(jiān)測(cè)基于多普勒雷達(dá)原理，雷達(dá)波照射水面流動(dòng)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(guò)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(cè)模塊的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總校準(zhǔn)與格式轉(zhuǎn)換，同時(shí)通過(guò)傳輸模塊將處理后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至后臺(tái)系統(tǒng)，使監(jiān)測(cè)人員可遠(yuǎn)程掌握區(qū)域雨水情動(dòng)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(guó)家水文監(jiān)測(cè)規(guī)范與防汛抗旱的實(shí)際監(jiān)測(cè)需求，對(duì)雨水情監(jiān)測(cè)設(shè)備的核心技術(shù)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定與分級(jí)適配，使設(shè)備性能覆蓋不同區(qū)域、不同場(chǎng)景的雨水情監(jiān)測(cè)要求。雨量監(jiān)測(cè)模塊量程覆蓋0~4mm/min且分辨率達(dá)0.1mm，監(jiān)測(cè)精度±3%可精準(zhǔn)捕捉小雨、中雨至暴雨的降水變化。雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)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(xì)微波動(dòng)。雷達(dá)流速監(jiān)測(cè)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(cè)量值取最大值，響應(yīng)時(shí)間≤1s可實(shí)現(xiàn)流速實(shí)時(shí)捕捉。通信接口標(biāo)配RS485并拓展支持4G、北斗等無(wú)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(cè)設(shè)備防護(hù)等級(jí)均達(dá)IP68，雨量計(jì)器口具備防堵塞設(shè)計(jì)，雷達(dá)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(yáng)能供電，可滿足野外無(wú)市電點(diǎn)位連續(xù)7天以上的運(yùn)行需求。

四．技術(shù)優(yōu)勢(shì)

設(shè)備采用多要素一體化監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，可同步完成降雨量、水位、流速等核心雨水情要素的監(jiān)測(cè)，設(shè)備整體采用非接觸式監(jiān)測(cè)方式，無(wú)水下探測(cè)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(wèn)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(yùn)行穩(wěn)定性。設(shè)備的監(jiān)測(cè)技術(shù)不受水體濁度、冰凌、漂浮物及降水強(qiáng)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(cè)，實(shí)現(xiàn)全年無(wú)間斷的雨水情數(shù)據(jù)采集，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)備在極端條件下監(jiān)測(cè)失效的短板。設(shè)備安裝與調(diào)試流程簡(jiǎn)便，無(wú)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(cè)人員經(jīng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可獨(dú)立完成安裝與參數(shù)設(shè)置。

五．應(yīng)用場(chǎng)景

水文監(jiān)測(cè)人員根據(jù)區(qū)域水文特征、防汛重點(diǎn)與水資源管理需求，將雨水情監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性的點(diǎn)位布設(shè)與場(chǎng)景適配，使設(shè)備在雨水情監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)降雨量、水位、流速的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，為山洪災(zāi)害的提前預(yù)警與搶險(xiǎn)決策提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

2.在水庫(kù)、閘壩等水利工程周邊，設(shè)備被安裝于工程上下游與入庫(kù)河道，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降水與水體水文變化，為水庫(kù)調(diào)度、閘壩運(yùn)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(diǎn)，監(jiān)測(cè)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(xué)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(diǎn)，監(jiān)測(cè)降水與輸水渠道的水位、流速變化，為灌區(qū)水資源的精準(zhǔn)調(diào)度與節(jié)水灌溉實(shí)施提供數(shù)據(jù)支持。

5.在江河流域的常規(guī)水文監(jiān)測(cè)斷面，設(shè)備被布設(shè)為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，實(shí)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(hù)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6.同時(shí)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(cè)，根據(jù)不同場(chǎng)景需求選配監(jiān)測(cè)模塊與設(shè)備參數(shù)，使雨水情監(jiān)測(cè)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(xué)依據(jù)。