雨水情监测预报三道防线能力提升项目方案

武汉水测家科技建设雷达水位监测站

一、项目背景

在全球气候变化的大背景下，极端天气事件愈发频繁，暴雨洪涝灾害给人民生命财产安全和社会经济发展带来了严重威胁。精准、及时的雨水情监测预报信息，是防洪减灾工作的关键支撑，对于保障人民群众生命财产安全、合理调度水利工程、科学应对水旱灾害具有不可替代的重要作用。

传统的雨水情监测预报手段已难以满足现代防汛减灾的需求。一方面，其监测范围有限，难以实现对大面积区域的实时、全面监测；另一方面，预报精度和预见期有待提高，无法为防洪决策提供足够的提前量和可靠性。为有效解决这些问题，水利部创新提出构建雨水情监测预报 “三道防线” 体系，旨在通过融合先进技术，实现从 “落地雨” 到 “云中雨” 监测预报的转变，大幅提升监测预报的精准度与预见期，为防洪减灾提供坚实保障。

二、现状问题

监测覆盖存在盲区：现有雨量站、水位站等监测站点分布不够合理，在一些偏远山区、地形复杂区域以及中小河流流域，站点密度不足，存在监测盲区，无法及时、全面地获取雨水情信息。

监测技术落后：部分监测站点仍采用传统的监测设备和技术，如人工观测雨量筒、机械式水位计等，自动化程度低，数据采集频率低且准确性差，难以满足实时监测和精准预报的要求。同时，不同类型监测设备之间的数据通信和协同工作能力较弱，无法形成高效的监测网络。

数据处理与传输不畅：雨水情监测数据的传输网络不够稳定，在偏远地区或恶劣天气条件下，数据传输易中断或延迟，导致数据缺失或不及时。此外，数据处理手段相对落后，缺乏高效的数据整合、分析和挖掘工具，难以从海量监测数据中快速提取有价值的信息，为决策提供支持。

预报模型精度不足：现有的洪水预报模型在参数率定、模型结构优化等方面存在不足，对复杂地形、多变下垫面条件以及极端降雨事件的适应性较差，导致预报精度不高，预见期较短。同时，不同流域、不同区域的预报模型缺乏统一的标准和规范，模型之间的通用性和可扩展性较差。

“三道防线” 协同性差：目前，气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文站等组成的 “三道防线” 在实际运行中，相互之间的数据共享和协同工作机制不完善，信息流通不畅，未能充分发挥 “三道防线” 的整体优势，影响了雨水情监测预报的准确性和时效性。

武汉水测家建设雨量监测站

三、解决思路

优化监测站网布局：基于地理信息系统（GIS）技术，对区域地形、水系、人口分布等因素进行综合分析，科学规划雨量站、水位站等监测站点的布局，加密监测薄弱区域的站点建设，消除监测盲区，提高监测站点的覆盖率和均匀性。

升级监测技术设备：大力推广应用先进的监测技术和设备，如超声波雨量计、雷达水位计、激光雷达测流设备等，实现监测数据的自动化采集、高精度测量和实时传输。同时，加强监测设备的智能化改造，使其具备自我诊断、自动校准和远程控制等功能，提高设备的可靠性和稳定性。

完善数据传输与处理系统：构建高速、稳定的数据传输网络，综合利用 4G/5G 通信、卫星通信、光纤通信等多种手段，确保监测数据能够实时、准确地传输至数据中心。建立大数据处理平台，运用云计算、数据挖掘、机器学习等技术，对海量监测数据进行快速处理、分析和挖掘，提取有用信息，为雨水情监测预报和决策提供数据支持。

改进预报模型：结合区域水文特性和历史降雨、洪水数据，对现有洪水预报模型进行参数优化和结构改进，提高模型对复杂条件的适应性和预报精度。引入分布式水文模型、水动力学模型等先进模型，充分考虑地形地貌、土壤类型、植被覆盖等因素对产汇流和洪水演进的影响，实现对洪水过程的精细化模拟和预报。同时，加强不同流域、不同区域预报模型的标准化建设，提高模型的通用性和可扩展性。

强化 “三道防线” 协同运行机制：建立健全 “三道防线” 之间的数据共享和协同工作机制，制定统一的数据标准和接口规范，实现气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文站等监测数据的实时共享和无缝对接。加强跨部门、跨行业的协作，建立联合监测、会商和预警机制，充分发挥各方面的优势，形成工作合力，提高雨水情监测预报的整体效能。

四、硬件感知体系

气象卫星与测雨雷达：利用高分辨率气象卫星，获取大范围的云图信息，监测云层的移动、发展和演变，为降雨预报提供宏观背景数据。部署多部相控阵水利测雨雷达，采用先进的雷达探测技术，对近地面大气中的液态水进行实时超精细化监测，获取高精度的降水强度、降雨范围和移动速度等信息。测雨雷达具备高时空分辨率，可实现对 “云中雨” 的快速监测和短临预警，为提前预判洪水风险提供关键数据支持。

雨量站：在重点区域和监测薄弱地区新建一批高精度雨量站，选用翻斗式遥测雨量计、超声波雨量计等先进设备，确保雨量测量的准确性和可靠性。雨量站配备太阳能供电系统和无线通信模块，可实现数据的自动采集、存储和实时传输。部分重要雨量站同步配备北斗卫星通信信道，作为备用通信手段，提高在极端天气条件下数据传输的稳定性和可靠性，实现对 “落地雨” 的精准监测。

武汉水测家科技翻斗式雨量计

水位站与水文站：升级改造现有水位站和水文站的监测设备，安装雷达水位计、超声波水位计、压力式水位计等，实现水位的高精度、实时监测。在有条件的水文站，配备固定式雷达波测流系统、声学多普勒流速仪（ADCP）等先进测流设备，能够快速、准确地测量河流流量。同时，为水位站和水文站安装视频监控系统，实时监控河道水位变化、水流形态以及周边环境状况，为洪水监测和分析提供直观信息。此外，建设基本水准点、断面桩、断面标志牌等基础设施，保障水文监测工作的规范性和准确性。

武汉水测家科技雷达水位计

数据采集与传输设备：在各监测站点部署数据采集终端，负责收集和整合各类监测设备的数据。数据采集终端具备强大的数据处理能力，能够对采集到的数据进行初步校验、存储和格式转换。通过 4G/5G 无线通信网络、卫星通信链路或光纤通信线路，将数据实时传输至数据中心。在网络信号较差的偏远地区，采用卫星通信和无线自组网通信相结合的方式，确保数据传输的畅通。同时，配备备用电源系统，如太阳能电池板和蓄电池，保障在停电等突发情况下监测设备和数据传输设备的正常运行。

武汉水测家科技遥测终端机

移动监测设备：配置多波束水下地形测量船、无人机搭载激光雷达、侧扫雷达等移动监测设备，用于对河道地形、水下障碍物等进行快速测量和勘察。在洪水期间，可利用无人机实时监测受灾区域的雨水情变化、洪水淹没范围等情况，为应急决策提供及时、准确的信息。移动监测设备与固定监测站点相互补充，形成全方位、多层次的监测感知网络，提高对复杂水文环境和突发情况的监测能力。

河道水文站

五、场景应用

洪水预警与应急响应：在暴雨天气来临前，通过气象卫星和测雨雷达对降雨云团进行实时监测和分析，利用降雨预报模型提前预测降雨的强度、范围和持续时间，为洪水预警提供前瞻性信息。当雨量站监测到降雨量达到预警阈值时，结合产汇流水文模型和洪水演进水动力学模型，预测洪水的发生时间、洪峰流量和淹没范围，并及时向相关部门和受影响区域发布洪水预警信息。在洪水发生过程中，水位站和水文站实时监测水位和流量变化，通过数据传输系统将监测数据快速传输至指挥中心，为水利工程调度和抢险救灾提供决策依据。应急救援队伍根据预警信息和实时监测数据，提前做好人员和物资准备，及时开展救援行动，保障人民群众生命财产安全。

水利工程调度：水利部门根据雨水情监测预报 “三道防线” 提供的实时数据和预报成果，对水库、水闸、泵站等水利工程进行科学调度。在洪水来临前，提前降低水库水位，预留防洪库容；在洪水期间，根据洪水演进情况，合理控制水库泄洪流量，避免下游河道出现超警戒水位。同时，通过联合调度多个水利工程，实现对洪水的错峰、削峰，减轻洪水对下游地区的压力。例如，在某流域发生洪水时，根据 “三道防线” 的监测预报信息，上游水库提前预泄，将洪水错峰下泄，同时下游水闸适时开启，加速洪水排泄，有效减轻了洪水对沿岸城镇和农田的威胁。

水资源管理与调配：在非汛期，利用雨水情监测数据，实时掌握流域内水资源的分布和变化情况，为水资源的合理开发、利用和保护提供依据。根据不同地区的用水需求和水资源状况，通过水利工程的调度，实现水资源的优化配置。例如，在干旱季节，根据雨量站和水文站监测到的降雨和径流信息，合理调配水库蓄水，优先保障生活用水和农业灌溉用水需求。同时，通过对水资源的动态监测和分析，制定科学的水资源管理政策，促进水资源的可持续利用。

城市防洪排涝：在城市地区，将雨水情监测预报系统与城市排水管网监测系统相结合，实时掌握城市内涝风险。通过雨量站和水位站监测城市降雨量和河道水位变化，利用模型预测城市内涝的发生区域和积水深度。当监测到城市内涝风险较高时，及时启动城市防洪排涝应急预案，通过调度城市排水泵站、开启雨水调蓄设施等措施，降低城市内涝灾害损失。例如，在城市某区域降雨量达到一定程度时，根据监测预报信息，提前启动该区域周边的排水泵站，加大排水力度，防止出现严重内涝。

灾害评估与复盘分析：在洪水灾害发生后，利用雨水情监测数据和洪水预报成果，结合受灾区域的实际情况，对灾害损失进行评估。分析洪水发生的原因、发展过程和影响范围，总结经验教训，为今后的防洪减灾工作提供参考。同时，通过对历史洪水事件的复盘分析，不断优化雨水情监测预报模型和 “三道防线” 的运行机制，提高防洪减灾能力。例如，在某次洪水灾害后，通过对监测数据和预报结果的对比分析，发现某个区域的预报精度存在偏差，针对这一问题，对该区域的预报模型参数进行调整和优化，提高了后续洪水预报的准确性。