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雨水情监测预报三道防线-水雨情监测系统

雨量在线监测站

一、项目背景

水，作为生命之源和经济社会发展的基础性资源，其合理管理与有效利用一直是关乎国计民生的重要课题。雨水情监测预报作为水资源管理和防洪减灾体系的核心环节，对于保障人民生命财产安全、维护生态平衡以及促进经济可持续发展起着不可替代的关键作用。

在防洪减灾领域，精准的雨水情监测预报是提前预警洪水、科学制定防洪调度方案的基石。通过实时掌握降雨量、水位、流量等关键数据，相关部门能够在洪水来临前及时发布预警信息，组织群众安全撤离，最大限度减少人员伤亡和财产损失。在水资源管理方面，雨水情监测预报数据为水资源的合理配置和高效利用提供了科学依据。通过对降雨量和径流量的监测分析，水利部门可以合理安排水库的蓄水和放水，优化水资源的时空分配，满足城乡生活、生产和生态用水需求。在干旱季节，根据雨水情监测数据，水库可以科学调控放水流量，保障下游地区的农业灌溉和居民生活用水；在雨季，则可提前预泄腾库，迎接可能到来的洪水，确保水库安全运行，同时实现水资源的有效利用。

面对日益增长的防洪减灾和水资源管理需求，以及现有体系在应对极端天气时的种种困境，开展雨水情监测预报三道防线能力提升项目迫在眉睫。该项目旨在通过创新技术应用、优化站网布局、完善预报模型以及强化协同机制，构建更加科学、高效、精准的雨水情监测预报体系，为保障国家水安全和经济社会可持续发展提供坚实有力的支撑 。

二、三道防线现状剖析

（一）第一道防线：气象卫星与测雨雷达防线

气象卫星如同高悬于太空的 “天眼”，以其广阔的监测视野，能够对大范围的气象云团进行持续观测，获取云层的形态、移动路径和发展趋势等关键信息 ，为降雨的早期预判提供宏观依据。测雨雷达则像是敏锐的 “侦察兵”，凭借其高分辨率的探测能力，能够精准捕捉降雨云团内部的细微结构和降水强度变化，实现对短临暴雨的预警。二者相互配合，构成了第一道防线，旨在从降雨的源头 ——“云中雨” 阶段就进行监测预报，将洪水防御的关口大幅前移。

在覆盖范围上，气象卫星能够实现对全球或特定区域的近乎实时监测，为宏观的雨情分析提供数据基础。然而，在一些偏远地区或地形复杂区域，由于信号遮挡、地形干扰等因素，测雨雷达的有效监测范围存在一定局限性，导致部分区域的降雨情况难以被及时准确捕捉。

（二）第二道防线：雨量站防线

雨量站作为地面监测的基础单元，像分布在大地上的 “触角”，密密麻麻地遍布各地，直接感受着降雨的落地。它们通过翻斗式、虹吸式等多种雨量传感器，实时记录降雨量的大小和变化情况，为准确掌握流域内的降雨时空分布提供了第一手数据。基于这些数据，结合 “降雨 — 产流 — 汇流” 的水文计算模型，可以对流域洪水进行滚动预报，同时对第一道防线的预报结果进行校准和细化，提高预报的精准度和预警的有效性。

目前，雨量站的分布在一些经济发达地区相对较为密集，但在偏远山区、荒漠等人口稀少地区，站点密度明显不足。这使得在这些地区，降雨监测存在盲区，无法全面准确地反映区域内的降雨情况。在具体偏远地区，由于雨量站分布稀疏，当发生局地性暴雨时，难以获取准确的雨量数据，导致对洪水的预判出现偏差，影响了防洪减灾工作的有效开展。部分雨量站的设备老化严重，传感器精度下降，数据传输设备性能不稳定，容易出现数据丢失、错误或延迟传输的问题。这些问题不仅降低了雨量数据的可靠性，也影响了基于这些数据进行的洪水预报和预警的准确性。另外，雨量站之间的数据共享和协同机制不够完善，不同部门或地区的雨量站数据难以实现实时整合和统一分析，限制了对流域整体降雨情况的综合把握和深入研究。

（三）第三道防线：水文站及对应模型防线

水文站布设在流域的河流干支流、湖泊、水库等关键位置，犹如忠诚的 “卫士”，24 小时不间断地监测着水位、流量、流速等重要水文要素的变化。它们所获取的数据，是洪水演进过程的直接反映，为洪水防御提供了最为关键和精准的数据支撑，是保障防洪安全的最后一道坚实防线。与之配套的洪水演进水动力学模型，通过对河道地形、水流特性等因素的综合分析，模拟洪水在河道中的传播和演进过程，预测洪水的峰值、到达时间和淹没范围，为防洪决策提供科学依据。

水文站的布局在一些流域还存在不合理之处，部分重要河段或洪水敏感区域的监测站点缺失，导致对洪水的全程跟踪和精细化监测存在困难。随着河流生态环境的变化和人类活动的影响，如河道采砂、水利工程建设等，河道的地形地貌和水流特性发生了改变，原有的洪水演进水动力学模型参数未能及时更新，导致模型的模拟精度下降，对洪水的预测结果与实际情况存在偏差。水文站的数据处理和分析能力有待提高，面对海量的实时监测数据，如何快速、准确地提取有价值的信息，并将其转化为有效的防洪决策支持，是当前面临的一个重要挑战。同时，水文站与其他部门之间的信息共享和协同作战能力也需要进一步加强，以实现雨水情监测预报的一体化和高效化 。

三、能力提升目标设定

（一）洪水预见期延长目标

通过优化气象卫星和测雨雷达的监测算法，结合大数据分析技术，对降雨云团的发展趋势进行更精准的预测。在中小河流洪水预报方面，利用分布式水文模型对流域产汇流过程进行精细化模拟，结合雨量站和水文站的实时监测数据，实现洪水预报预见期延长，为防洪减灾决策提供更充裕的时间。

（二）预报精准度提高目标

在雨量预报方面，通过多源数据融合和深度学习算法，将短临降雨预报的准确率在现有基础上提高，中短期降雨预报的均方根误差降低。

（三）数据传输稳定性增强目标

构建多信道、冗余备份的数据传输网络，包括 4G/5G 移动通信网络、卫星通信网络和光纤通信网络等，确保在极端天气条件下数据传输的可靠性。

（四）模型功能完善目标

针对不同流域的地形地貌、下垫面条件和水文特性，研发适应性更强的分布式水文模型和洪水演进水动力学模型。模型能够准确模拟不同量级洪水的产汇流和演进过程，对复杂地形和人类活动影响下的洪水变化具有更好的模拟能力。通过实时数据同化技术，实现模型参数的自动更新和优化，使模型的模拟精度和时效性得到显著提升，为洪水预报提供更强大的技术支持。

四、提升方案核心举措

（一）第一道防线：“云中雨” 监测强化

加大水利测雨雷达建设投入，是提升 “云中雨” 监测能力的关键举措。在重点流域和洪水频发区域，科学规划并增设一批高分辨率的测雨雷达，形成更为密集的监测网络。研发更精准的短临降水预报模型，是第一道防线的核心任务之一。充分利用大数据、人工智能和深度学习等先进技术，对海量的气象数据进行深度挖掘和分析。收集多年来的气象卫星云图、测雨雷达回波数据、地面气象观测数据等，建立丰富的气象数据库。基于这些数据，运用深度学习算法，构建短临降水预报模型。

（二）第二道防线：“落地雨” 监测升级

在重点区域加密雨量站，提高站网密度，是获取准确 “落地雨” 数据的重要手段。在山区、河流上游等洪水敏感区域，以及城市易涝区等重点防范区域，根据地形和流域特点，合理增设雨量站。基于此，优化洪水自动预报预警算法，提高洪水预报的精度和可靠性。通过对历史洪水数据的分析和验证，不断调整和完善算法参数，使算法能够更好地适应不同区域的洪水特性，实现对洪水的更精准预报和及时预警 。

（三）第三道防线：洪水演进监测完善

优化水文站网布局，更新改造测验设备，是提升洪水演进监测能力的基础。对现有水文站的位置和功能进行全面评估，根据流域洪水演进的实际需求，在关键河段和洪水控制节点，合理调整和增设水文站。对老旧的水文测验设备进行全面更新换代，采用先进的声学多普勒流速仪、雷达水位计、激光粒度仪等设备，提高监测数据的准确性和时效性。利用二维水动力学模型，对洪水在河道和泛滥平原的二维平面上的演进过程进行精细化模拟，能够更准确地预测洪水的淹没范围和水深分布。通过实时数据同化技术，将水文站的实时监测数据融入模型计算中，不断更新模型参数，使模型的模拟结果更接近实际洪水演进情况，为防洪决策提供更可靠的技术支持 。

五、雨水情监测站

雨量计：选择具备翻斗式雨量计，机械结构稳定，性能优越，符合水文监测标准，适配多种气候条件。

水位计：采用雷达水位计，量程0-50米，精度±3mm，非接触式设计，减少维护成本。

遥测终端机：选用通过水利部检测的遥测终端机，支持4G/5G、北斗卫星通信，满足极端条件下数据传输。

视频监控：工业级高清球机，具备防雷、防水（IP68）特性，如海康威视水利专用监控设备，支持远程召测与本地存储。

武汉水测家科技作为一家专注于水务水利、气象环保及物联网等领域监测设备的研发生产商，公司通过了质量管理体系认证，自主研发的产品有多普勒超声波流量计、便携式多普勒超声波流量计、雷达流速仪、雷达水位计、雷达流量计、多参数水质传感器、遥测终端机、自动雷达波测流系统和阵列式雷达波测流系统等设备，公司积极参加水库水雨情、水文站提档升级等项目建设。