雨水情监测的设备原理、参数及应用

一．引文

雨水情监测设备是水文防汛与水资源管理体系的核心感知载体，水文工程技术人员结合区域降水与水体水文变化的监测需求，完成多设备集成化与智能化设计，使整套监测设备可实现降雨量、水位、流速等雨水情核心要素的同步采集与实时传输，同时依托设备的环境适应性与抗干扰性，满足野外全天候的监测要求，为防汛抗旱预警、水资源调度、水工程运行管理提供精准全面的雨水情数据支撑，成为水文水利信息化建设的重要组成部分。

二．监测原理

水文研发人员根据雨水情不同监测要素的特性设计相匹配的感知原理，将各类监测模块集成于雨水情监测系统中，使设备可实现多要素协同监测且数据可相互印证补全。降雨量监测依托翻斗式雨量计的机械感应原理，雨水经集雨口汇集后推动翻斗翻转，设备通过记录翻斗翻转次数并结合标定系数换算出实际降雨量，同时光电式雨量监测模块可通过光线感应实现降雨量的辅助校核。水位监测采用调频连续波雷达测距原理，雷达发射的高频连续波接触水面后形成反射波，技术人员通过计算发射波与反射波的频率差结合电磁波传播速度，测算出探头至水面的垂直距离因而结合安装高程得出实际水位。流速监测基于多普勒雷达原理，雷达波照射水面流动的微小颗粒后产生频移，设备捕捉频差值并经算法换算得出水体表面流速，再通过内置剖面模型修正为断面平均流速。数据采集仪作为核心控制单元，将各监测模块的原始数据进行汇总校准与格式转换，同时通过传输模块将处理后的数据实时上传至后台系统，使监测人员可远程掌握区域雨水情动态变化。

三．技术参数

水文行业技术人员依据国家水文监测规范与防汛抗旱的实际监测需求，对雨水情监测设备的核心技术参数进行严格标定与分级适配，使设备性能覆盖不同区域、不同场景的雨水情监测要求。雨量监测模块量程覆盖0~4mm/min且分辨率达0.1mm，监测精度±3%可精准捕捉小雨、中雨至暴雨的降水变化。雷达水位监测模块常规量程0-7m,0-40m，精度分别是3mm,±1cm，分辨率1mm能捕捉水位细微波动。雷达流速监测模块量程0.1~20m/s，0.1~40m/s，可适配20m/s以内的极端洪水流速，精度±0.01m/s或±1%测量值取最大值，响应时间≤1s可实现流速实时捕捉。通信接口标配RS485并拓展支持4G、北斗等无线传输方式。整套设备工作环境温度覆盖-35℃~80℃，湿度适应0~100%RH全范围，户外监测设备防护等级均达IP68，雨量计器口具备防堵塞设计，雷达探头采用防结霜、防凝露工艺，设备供电支持DC6~24V直流宽电压与太阳能供电，可满足野外无市电点位连续7天以上的运行需求。

四．技术优势

设备采用多要素一体化监测设计，可同步完成降雨量、水位、流速等核心雨水情要素的监测，设备整体采用非接触式监测方式，无水下探测部件，彻底解决传统接触式设备易被水流冲毁、泥沙淤积、水草缠绕的问题，大幅降低设备故障概率因而显著提升设备的野外运行稳定性。设备的监测技术不受水体浊度、冰凌、漂浮物及降水强度的影响，在暴雨、洪水、冬季结冰等复杂气象水文条件下仍能保持稳定监测，实现全年无间断的雨水情数据采集，有效弥补传统设备在极端条件下监测失效的短板。设备安装与调试流程简便，无需大规模的土建施工，仅需将设备固定于立杆、桥梁、闸坝等载体即可完成布设，基层监测人员经简单培训即可独立完成安装与参数设置。

五．应用场景

水文监测人员根据区域水文特征、防汛重点与水资源管理需求，将雨水情监测设备进行针对性的点位布设与场景适配，使设备在雨水情监测与防汛抗旱工作中发挥核心数据支撑作用。

1.在中小河流山洪易发区，设备被布设于河道上游与集镇周边的关键控制断面，实现降雨量、水位、流速的实时监测与数据远程传输，为山洪灾害的提前预警与抢险决策提供精准数据。

2.在水库、闸坝等水利工程周边，设备被安装于工程上下游与入库河道，实时监测降水与水体水文变化，为水库调度、闸坝运行与防洪兴利的综合决策提供数据支撑。

3.在城市内涝防控区域，设备被布设于城市河道、排水管网出口、下穿桥涵与易涝积水点，监测降雨与积水水位变化，为城市内涝预警与排水系统的科学调度提供依据。

4.在农田灌区，设备被布设于灌区干渠、支渠与分水节点，监测降水与输水渠道的水位、流速变化，为灌区水资源的精准调度与节水灌溉实施提供数据支持。

5.在江河流域的常规水文监测断面，设备被布设为长期监测点位，实现流域雨水情数据的连续采集，为水文资料整编、水资源量核算与水生态保护评价提供基础数据。

6.同时设备还可应用于湖泊、湿地、饮用水水源地等区域的雨水情监测，根据不同场景需求选配监测模块与设备参数，使雨水情监测数据为各领域的水文管理与防汛抗旱工作提供科学依据。