水文站提档升级改造建设项目实施方案

水文站水雨情气象多参数监测

一、项目背景

水文站是国家水文监测体系的核心节点，承担着水位、流量、雨量、水质等水文要素监测的重要职能，数据成果直接服务于防洪减灾、水资源管理、水生态保护等重大决策。随着《国家水网建设规划纲要》《水文现代化建设规划（2021-2035 年）》等政策推进，传统水文站 “人工为主、设备老旧、数据滞后、智能化低” 的现状已难以满足新时代水文监测需求。据水利部统计，我国现有基层水文站中，超 40% 的监测设备使用年限超过 8 年，人工观测占比达 35%，数据传输时延普遍超过 30 分钟，极端天气下（如暴雨、暴雪）数据中断率超 20%，无法为防洪预警、水资源调度提供实时精准支撑。

当前，极端水文事件频发（如 2024 年长江流域汛期、华北地区汛期），对水文监测的 “实时性、精准性、稳定性” 提出更高要求。开展水文站提档升级改造，通过引入武汉水测家科技的智能监测设备，构建 “自动化采集、智能化传输、精准化分析” 的现代水文监测体系，既是落实水文现代化建设的关键举措，也是提升流域防洪减灾能力、保障水资源可持续利用的必然选择。

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，公司积极参加智慧水利、水文站建设、水库除险加固等项目建设。

二、现状问题

监测自动化程度低，人工依赖度高：传统水文站仍大量依赖人工观测水位、测量流量（如缆道测流、浮标测流），单次测流耗时 1-2 小时，数据时效性差；部分偏远水文站因人员不足，无法实现 24 小时连续监测，暴雨期间易出现数据断档，影响防洪预警决策。

设备老化落后，监测精度与稳定性不足：现有水位计多为浮子式、压力式，受泥沙堵塞、水质腐蚀影响，测量误差超 10mm（行业标准要求≤3mm）；流量计多为机械式，易因部件磨损导致数据失真，年故障率超 30%；极端天气下（如强雷电、高温），设备易死机停运，数据有效率不足 80%。

数据传输与分析能力薄弱：多数水文站采用 GPRS 单一通信方式，偏远山区信号弱，数据传输中断频发；数据仅能实现 “采集 - 上传” 基础功能，缺乏实时分析、异常预警能力，无法自动识别 “水位骤升、流量突变” 等风险，需人工后期处理，延误决策时机。

功能单一，多要素监测覆盖不足：传统水文站以水位、流量监测为主，缺乏雨量、水质、墒情等关联要素监测，无法形成 “水文 - 气象 - 水质” 联动数据链；部分重点流域水文站未配备视频监控，无法直观掌握河道现场情况（如漂浮物、岸坡稳定性），影响应急处置判断。

运维成本高，管理效率低：老旧设备需定期现场校准、部件更换，单站年均运维费用超 5 万元；设备管理依赖纸质台账，缺乏全生命周期数字化管理，设备故障定位难、维修响应慢，平均故障修复时间超 48 小时。

水文站铅鱼缆道测量系统

三、解决思路

全面自动化改造，减少人工依赖：以 “无人值守、自动监测” 为目标，替换传统人工观测设备，引入武汉水测家科技的自动化监测设备（如雷达水位计、雷达流量计、自动升降ADCP），实现水位、流量、雨量等要素 24 小时连续自动采集，单次数据采集时延缩短至 1 分钟内。

升级高可靠设备，提升监测精度：优先选择防护等级高（IP68）、抗干扰能力强（抗雷电、抗腐蚀）、测量精度优（水位≤3mm、流量≤1.5%）的智能设备，适配极端天气与复杂水文环境，将设备年故障率控制在 10% 以内，数据有效率提升至 95% 以上。

构建智能数据体系，强化分析预警：搭建水文站智能监测平台，整合多要素监测数据，采用 4G/5G+LoRa 双模通信，确保数据传输不中断；嵌入分析算法，实现 “水位 - 流量” 联动分析、异常自动预警（如水位 1 小时上涨超 0.5m 触发预警），预警响应时间缩短至 10 分钟内。

拓展多要素监测，完善数据链：新增雨量、水质、墒情监测设备，配套高清视频监控，形成 “水位 - 流量 - 雨量 - 水质 - 现场画面” 多维度监测体系；数据接入流域水文管理平台，为水资源调度、水生态评估提供完整数据支撑。

数字化运维管理，降低综合成本：建立设备全生命周期数字化台账，通过平台实时监控设备运行状态（如电量、信号、故障），实现远程校准、故障自动定位；优化运维流程，将平均故障修复时间缩短至 24 小时内，单站年均运维费用降低 30%。

水文站ADCP和铅鱼缆道测流系统数据比测

四、硬件感知体系

水文要素监测设备：核心布设水位、流量、雨量监测设备，实现基础水文要素自动化采集；重点流域水文站增设水质、墒情监测设备，拓展监测维度。

数据采集与传输设备：采用遥测终端机（RTU）作为数据中枢，接入各类监测设备数据，通过多模通信上传至平台；配备本地存储模块，避免通信中断导致数据丢失。

现场监控与辅助设备：安装高清夜视摄像头，实时监控河道现场情况；配套太阳能供电系统（无市电区域）、防雷防水保护箱，保障设备稳定运行；增设 LED 预警灯，异常时现场声光报警。

应急备用设备：配备便携式监测设备（如便携式水位计、便携式多普勒超声波流量计），用于主设备故障时的临时补测，确保监测不中断。

五、产品选型（武汉水测家科技产品）

雷达水位计（SCJ-LD40系列）：作为水位监测核心设备，适配各类河道、水库水文站，测量范围 0-50m，精度 ±3mm，分辨率 0.001m，完全满足行业标准要求。采用 高频雷达波技术，非接触式测量，不受泥沙堵塞、水质腐蚀影响；防护等级 IP68，可承受 - 40℃-80℃温度波动、强雷电冲击，暴雨、暴雪天气下仍能稳定运行；支持 RS485，数据采样频率 1-60 秒可调，配套终端机设备具备远程校准功能，通过平台即可调整参数，无需现场操作，大幅降低运维成本，替代传统浮子式、压力式水位计，提升水位监测精度与稳定性。

雷达流量计：用于河道、渠道流量监测，适配水文站主流监测场景，测量范围 0-20m/s（流速）、0-50m（水位），流量精度优于传统机械式流量计。采用多普勒雷达原理，非接触式测量，避免水流冲击、泥沙磨损导致的设备损坏；支持明渠、河道等多种断面类型，通过平台预设断面参数即可自动计算流量，无需复杂现场调试；防护等级 IP68，适应高水位浸泡、强水流环境，年故障率低于 8%；具备流量突变识别功能，当流速 10 分钟内变化超 0.5m/s 时，自动触发异常预警，为防洪预警提供关键数据。

翻斗式雨量计：新增雨量监测功能，测量范围 0-4mm/min（降雨强度），分辨率 0.1mm，精度 ±4%，符合国家气象站雨量监测标准。采用不锈钢材质，抗腐蚀、抗老化，适应野外长期运行；内置防堵滤网，避免树叶、杂物堵塞翻斗；数据通过 RS485 接口接入 RTU，采样频率 5 分钟 / 次，实时反映降雨变化，为 “降雨 - 水位 - 流量” 联动分析提供基础数据。

多参数水质传感器：重点流域水文站增设，可同时监测 COD（0-1000mg/L）、氨氮（0-50mg/L）、浊度（0-1000NTU）、溶解氧（0-20mg/L）等指标，精度满足地表水监测要求。采用沉入式安装，防护等级 IP68，电极采用不锈钢材质，抗水质腐蚀；内置自动清洗刷，每 24 小时自动清洁电极，减少污染物附着影响；数据通过 RS485 接口上传，支持远程校准，无需频繁现场维护，为水生态评估、水污染溯源提供数据支撑。

遥测终端机（SCJ-RTU01 系列）：作为数据采集与传输中枢，支持多路传感器接入（可同时连接水位计、流量计、雨量计、水质传感器），兼容 Modbus、HJ 212 、水文规约等行业标准协议。内置存储芯片，可缓存数据，通信中断时自动存储，恢复后断点续传；支持 4G/5G、北斗双模通信，偏远山区自动切换至北斗传输，数据传输成功率超 98%；具备远程配置功能，可通过平台调整采样频率、预警阈值，支持设备故障自诊断，故障信息实时推送至运维人员；防护等级 IP65，适应水文站户外、机房等多种安装环境，为数据稳定互联提供核心支撑。

便携式多普勒超声波流量计：作为应急备用设备，测量范围 0.01-10m/s，流速精度 ±1%，采用手持式设计，携带方便。适用于主设备故障时的临时补测；内置可充电锂电池，续航≥8 小时。

水文站安装固定式ADCP在线监测流量

六、场景应用

防洪减灾预警：在长江中下游支流水文站，通过雷达水位计、雷达流量计实时监测水位、流量。2024 年汛期，某水文站监测到水位 1 小时内从 22.5m 升至 23.2m（超警戒水位 0.2m），流量从 800m³/s 增至 1200m³/s，平台立即触发橙色预警，数据同步推送至流域防汛指挥中心。指挥中心结合雨量数据，预判未来 3 小时水位将超保证水位，提前 6 小时下达泄洪指令，下游村庄顺利转移，无人员伤亡，防洪预警响应效率提升 50%。

水资源精准调度：在北方某灌区源头水文站，升级后通过雷达流量计实时监测灌溉供水流量，结合水质传感器数据，确保供水水质达标。灌溉期，平台根据灌区用水需求（如小麦拔节期需水量），动态调整闸门开度，将供水流量从 15m³/s 精准调控至 12m³/s，避免水资源浪费；非灌溉期，监测到流量异常（如从 5m³/s 降至 1m³/s），自动预警排查，发现管道渗漏并及时修复，年节水超 50 万 m³，水资源利用效率提升 15%。

水生态监测评估：在某重要湖泊入湖口水文站，增设 多参数水质传感器、摄像头，实时监测入湖水质与现场情况。2024 年 8 月，监测到 COD 从 40mg/L 升至 70mg/L，浊度骤增，平台立即告警，执法人员通过摄像头发现上游企业偷排污水，快速溯源处置；同时，基于全年水质、流量数据，评估入湖污染物总量，为湖泊生态修复方案制定提供科学依据，入湖口水质达标率从 82% 提升至 95%。

设备智能运维：某偏远山区水文站升级后，通过 SCJ-RTU01遥测终端机远程监控所有设备状态。2024 年冬季，平台监测到雷达水位计信号中断，自动定位故障为 “太阳能板积雪覆盖”，立即调度附近运维人员清理，2 小时内恢复设备运行，较传统 “人工巡检发现故障” 模式（平均 48 小时），故障修复时间缩短 96%；全年运维次数从 12 次降至 5 次，单站运维费用从 6 万元降至 4 万元，成本显著降低。

应急补测保障：2024 年台风期间，某沿海水文站 雷达流量计因强风受损，运维人员携带 便携式流量计赶赴现场，10 分钟内完成临时安装，持续监测流量数据（实测最大流量 1500m³/s），并上传至平台，确保台风期间水文数据不中断，为防汛指挥提供关键支撑，避免因数据缺失导致的决策失误。

通过本项目实施，可实现水文站监测自动化率从 60% 提升至 100%，数据传输时延从 30 分钟缩短至 1 分钟内，设备年故障率从 30% 降至 10% 以下，单站年均运维费用降低 30%；构建起 “自动化、智能化、精准化” 的现代水文监测体系，为防洪减灾、水资源管理、水生态保护提供高质量数据支撑，助力水文现代化建设目标落地。