一体化自动雨量监测站应用方案

一、项目背景与行业痛点

降雨是滑坡、崩塌、泥石流、山洪及部分工程边坡失稳的重要外部诱发因素。降雨进入坡体后，通过地表径流、土壤入渗、地下水补给和孔隙水压力变化作用于岩土体，并可能进一步引起土体含水率增加、基质吸力降低、软弱结构面强度下降、地下水位抬升以及坡体位移加速。因此，在地质灾害综合在线监测体系中，降雨量不仅是气象环境参数，更是分析灾害形成和风险演化过程的重要驱动变量。

对于降雨诱发型滑坡和泥石流，风险往往不只取决于一天累计降雨总量。短历时高强度暴雨、连续多日降雨、前期有效降雨、降雨持续时间以及降雨发生前坡体已有含水状态，都可能导致完全不同的水文响应。同样100mm累计降雨，如果集中在1～2小时内完成，与分散在数天内发生，对坡体入渗、地表径流和沟道汇流产生的影响明显不同。因此，自动雨量监测需要同时分析雨量、雨强、持续时间和多时间尺度累计量。

传统人工雨量观测能够获得日雨量或阶段累计雨量，但难以完整记录分钟级强降雨过程。地质灾害风险变化最快的阶段通常发生在短历时强降雨期间，如果只有日累计数据，无法准确知道暴雨峰值出现在什么时间、最大1小时雨量是多少、连续3小时或6小时累计雨量达到什么水平，也无法进一步分析地下水、土壤墒情和位移参数相对于降雨的响应滞后。

S-CGRAIN02一体化自动雨量监测站采用翻斗式雨量传感器连续感知降雨过程，由数据采集终端对每次翻斗脉冲进行计数和时间标记，形成分钟雨量、时段雨量、小时雨量、过程累计雨量和降雨强度等数据，再通过4G、有线或项目配置通信网络实时传输至SIYB®监测平台。平台进一步计算1小时、3小时、6小时、12小时、24小时及多日前期累计降雨，形成地质灾害降雨监测和阈值预警基础数据。

地灾雨量监测的工程难点并不只在雨量计本身。监测站周围树木、建筑物、山体和设备杆件会改变降水捕获条件；翻斗未调平会产生系统测量误差；漏斗被树叶、昆虫或泥沙堵塞会造成降雨漏测；高雨强条件下翻斗机械响应存在动态误差；安装位置受到屋檐滴水、坡面溅水或集中径流影响，会使实测雨量明显偏离自然降雨；山区不同高程和不同坡向局地降雨差异较大，单个站点也未必能够代表整个大型隐患区。

此外，降雨达到某个数值并不意味着地质灾害必然发生。相同雨量作用于不同岩土结构、坡度、植被、地下水条件和历史含水状态时，其风险响应存在明显差异。因此，一体化自动雨量监测站应作为“降雨输入层”与土壤墒情、地下水位、深部位移、GNSS表面位移和裂缝监测共同组成风险证据链。

本方案构建：

站点代表性分析 → 翻斗式雨量感知 → 实时脉冲计量 → 分钟级雨量 → 雨强计算 → 多时间尺度累计 → 前期有效降雨 → 4G/有线通信 → SIYB®监测平台 → 降雨过程识别 → 雨量阈值分析 → 墒情/地下水响应 → 深部及表面位移关联 → 分级预警 → 现场复核 → 专业研判

的一体化自动雨量在线监测体系。

二、建设目标与监测目标

1. 建设目标

建设由翻斗式雨量传感器、数据采集终端、4G或有线通信设备、太阳能或市电供电系统、防雷防护设施以及SIYB®监测平台组成的一体化自动雨量监测站，实现地质灾害隐患点及工程区域降雨过程的全天候自动感知、实时传输、统计分析和分级预警。

系统应形成从单次翻斗脉冲到分钟雨量、小时雨量、过程累计雨量和多时间尺度降雨指标的完整数据体系，并与地质灾害隐患点GIS位置、土壤墒情、地下水、位移和裂缝等参数建立统一时间关系。

2. 监测目标

连续监测实时降雨量和累计降雨量；计算分钟级及小时级降雨强度；统计1小时、3小时、6小时、12小时、24小时及项目指定时段累计降雨；记录每场降雨开始时间、结束时间、持续时间和最大雨强；计算前期累计降雨和前期有效降雨；识别短历时强降雨、持续性降雨和多轮连续降雨过程；分析不同雨量站之间的空间差异；分析降雨与土壤含水率、地下水位、裂缝、深部位移和GNSS表面位移之间的响应关系；根据项目建立分级降雨阈值和多参数联合预警规则。

系统最终应能够回答：当前是否正在降雨、当前雨强是多少、最近10分钟和1小时降了多少雨、最近3小时和6小时累计多少、过去24小时及前几日累计多少、本轮降雨什么时候开始、当前属于降雨上升阶段还是减弱阶段、是否出现短历时暴雨、前期降雨是否已经使坡体处于高湿背景、土壤墒情和地下水是否已经响应，以及当前降雨是否正在推动坡体变形风险进一步发展。

三、需求分析

1. 雨量监测站必须具有空间代表性

站点应尽可能代表目标隐患点实际降雨条件。大型滑坡、山谷两侧高差较大区域、跨多个小流域的泥石流沟以及复杂山区项目，应根据高程、地形、坡向和降雨空间差异评估是否需要设置多个雨量站，而不能单纯依靠距离较远的区域气象站代替现场降雨。

2. 承雨口周边必须减少障碍物影响

附近树木、建筑物、山体凸起、通信天线和太阳能板均可能改变局部风场和降雨捕获效率。雨量传感器应设置于相对开阔位置，并避免太阳能板、设备箱或杆件位于承雨口上方及主要来雨方向。

3. 必须保证翻斗式雨量计准确调平

翻斗计量依靠固定容积和机械重力翻转实现。如果设备明显倾斜，会改变两侧翻斗实际翻转条件并产生系统误差，因此安装和维护时必须使用水平泡或水平仪校核。

4. 应避免地表溅水和集中滴水

站点不得设置于屋檐、树冠、岩壁滴水或坡面汇流集中区域，也应避免承雨口过低导致地表雨滴飞溅进入雨量筒。

5. 应具备防堵塞维护条件

承雨口和漏斗容易受到树叶、昆虫、泥沙、鸟类活动等影响。雨量监测站设计时应考虑过滤结构和方便清洁维护，尤其是森林、山区和高植被覆盖区域。

6. 雨强必须由足够高时间分辨率数据计算

小时累计雨量无法恢复分钟级暴雨峰值。用于滑坡、泥石流和山洪预警的系统应保存较高时间分辨率的翻斗事件或分钟级雨量数据，再综合色形成不同统计时间尺度。

7. 多时间尺度累计量应同时保留

短历时降雨主要反映快速触发因素，24小时及多日累计降雨反映坡体长期湿润背景。系统应同时统计短时和长期指标，不能只保留日累计雨量。

8. 应记录完整降雨过程

系统应识别一次降雨事件的开始、持续、峰值、结束和累计量。降雨事件划分的无雨间隔时间应作为项目配置参数，而非采用所有地区统一固定时间。

9. 地质灾害项目需要前期降雨指标

坡体在此前数日已经经历持续降雨时，即使当前小时雨量并不极端，也可能由于土体和地下水已经处于高水分状态而具有较高风险。因此，应计算前期累计降雨或带衰减权重的有效前期降雨。

10. 雨量预警必须与隐患点机理结合

泥石流往往更加关注短历时高强度雨量，降雨型滑坡则可能同时受前期有效降雨和持续时间影响。预警指标应根据灾害类型分别建立。

11. 固态降水需要明确设备边界

常规翻斗式雨量传感器主要用于液态降水观测。当项目位于长期降雪、冻雨或低温结冰地区，需要准确监测固态降水时，应采用加热型雨量设备、称重式雨雪量设备或其他适合的降水监测技术，不能直接将普通翻斗式设备作为完整雨雪量监测仪器。

四、总体解决方案

S-CGRAIN02一体化自动雨量监测站采用“翻斗计量＋实时脉冲采集＋多时间尺度雨量计算＋远程通信＋地灾多参数关联”的总体技术路线。降雨进入标准承雨口后，经集水漏斗导入计量翻斗，当一个翻斗内积水达到对应0.2mm降雨量的设定体积后发生翻转，同时输出一个计数脉冲。采集终端记录翻斗次数和事件时间，通过脉冲数量计算累计降雨，通过单位时间内翻斗频率计算降雨强度。

现场终端持续形成分钟、小时和过程降雨数据，并根据设定的统计窗口实时计算1小时、3小时、6小时、12小时、24小时及前期累计雨量。常规时期按照设定周期上传数据，强降雨阶段可提高数据上报频率，使监测平台更及时获得雨强变化。

通信采用4G蜂窝网络或工程现场有线网络；偏远和高风险山区可根据项目需要增加其他通信方式。无市电现场采用太阳能供电，保证雨量传感器、采集终端和通信模块长期独立运行。

SIYB®监测平台将雨量监测站与隐患点、坡体和其他监测设备绑定，统一展示实时雨量、分钟雨强、小时累计、过程累计、历史雨量和阈值状态，并与土壤墒情、地下水、GNSS、深部位移及裂缝数据形成事件时间轴。

总体技术链路为：

自然降雨 → Φ200mm承雨口 → 翻斗计量 → 0.2mm脉冲 → 数据采集终端 → 分钟雨量/雨强 → 1h/3h/6h/12h/24h累计 → 前期有效降雨 → 4G/有线网络 → SIYB®监测平台 → 降雨过程识别 → 阈值分析 → 墒情与地下水响应 → 位移和裂缝联合分析 → 分级告警 → 风险研判。

五、系统架构设计

1. 降雨感知层

采用翻斗式雨量传感器对液态降雨进行计量，形成与固定降雨深度对应的脉冲信号。

2. 数据采集层

数据采集终端实时接收翻斗脉冲，记录翻斗发生时刻，并生成分钟雨量、累计雨量和设备运行状态。

3. 边缘统计层

按照项目规则计算当前雨强、连续降雨时间、时段累计雨量、最大雨强及相关统计量。

4. 能源保障层

根据现场条件采用市电或太阳能独立供电。太阳能系统包括光伏组件、磷酸铁锂电池及MPPT充电控制模块。

5. 通信传输层

常规野外监测站采用4G蜂窝网络实时上传，具有固定网络条件时可采用工业以太网；特殊项目可根据平台主管通信架构配置其他链路。

6. 平台数据层

完成雨量数据接收、存储、统计、历史查询、设备管理和告警规则执行。

7. 地灾综合在线分析层

雨量数据与土壤墒情、地下水位、表面位移、深部位移及裂缝监测统一时间轴，形成降雨诱发地质灾害风险分析链。

六、监测内容与监测方法

1. 单次翻斗雨量

每次翻斗对应固定降雨深度，建议工程配置为0.2mm，是所有后续雨量统计的基础原始数据。

2. 分钟雨量

统计每分钟翻斗数量，获取高时间分辨率降雨过程，适用于短历时强降雨分析。

3. 实时雨强

根据一定时间窗口内的降雨增量换算mm/h雨强，用于判断降雨当前发展程度。

4. 小时雨量

统计整点小时或滚动1小时累计降雨，可用于短历时暴雨和地灾预警分析。

5. 3小时累计雨量

反映持续性强降雨过程，对滑坡、泥石流和山洪等风险分析具有较高应用价值。

6. 6小时与12小时累计雨量

用于分析中等持续时间降雨过程及坡体水分积累。

7. 24小时累计雨量

用于评价全天或滚动24小时降雨总量。

8. 多日前期降雨

根据项目配置统计前3日、前5日、前7日或其他时间尺度累计雨量。

9. 降雨持续时间

记录一场降雨从开始到结束的持续时间，并形成降雨历时指标。

10. 最大短历时雨强

统计项目需要的最大5分钟、10分钟、30分钟、1小时等时段降雨强度。

11. 降雨事件累计量

对单次完整降雨过程进行累计，便于与地下水、土壤水分及变形响应进行事件分析。

12. 前期有效降雨

对过去多日降雨进行衰减加权，以描述前期降雨对当前坡体含水背景的持续影响。

七、技术原理与算法模型

1. 翻斗计量原理

承雨口收集的雨水进入计量翻斗。当单侧翻斗达到预定水量后自动翻转并输出一次脉冲。设单次翻斗代表雨量分辨率为r，则累计降雨量为：

R = N × r

其中R为累计降雨量，N为翻斗脉冲次数。本方案建议r = 0.2mm。

2. 单翻斗理论水量

当承雨口直径D = 200mm、单斗分辨率r = 0.2mm时，承雨面积为：

A = πD² / 4 ≈ 0.031416m²

一次0.2mm降雨对应理论水体积约为：

V = A × 0.0002 ≈ 6.28mL

实际设备应通过标准注水和仪器校准确定翻斗机械位置，不应只依据理论体积人工调整。

3. 时间段累计雨量

某统计时间窗口T内累计雨量为：

R_T = ΣΔR_i

平台可分别计算10min、1h、3h、6h、12h、24h以及项目自定义时间窗口。

4. 平均降雨强度

在时间间隔Δt内降雨量为ΔR时：

I = ΔR / Δt

当ΔR采用mm、Δt采用h时，I单位为mm/h。

5. 瞬时雨强近似

根据相邻两次翻斗时间间隔Δt，可近似计算：

I_tip = r / Δt

该指标适合高时间分辨率趋势分析，但低雨强条件下单次翻斗时间间隔较长，不宜将单斗瞬时值作为唯一工程判断参数。

6. 前期累计降雨

前n日累计雨量可表示为：

R_n = ΣR_i

用于反映坡体在当前降雨发生前已经接受的总降雨输入。

7. 前期有效降雨

考虑较早降雨影响逐渐衰减，可采用：

R_e = R₀ + K·R₁ + K²·R₂ + ... + Kⁿ·R_n

其中R0为当前时段降雨，Ri为此前第i个时间段降雨，K为衰减系数。K值应通过地区水文地质特征和历史灾害数据进行标定，不采用统一固定参数。

8. 降雨强度—历时关系

针对降雨诱发型地质灾害可综合色建立强度—历时阈值模型：

I = aD^-b

其中I为平均雨强，D为降雨历时，a和b为根据本地区历史灾害与降雨样本拟合得到的参数。该模型用于区域或项目风险辅助判断，不应直接使用其他地区经验系数。

9. 最大滚动雨量

平台在连续时间序列中计算：

R_max,T = max[ΣR(t-T,t)]

可得到最大1小时、3小时、6小时和24小时滚动累计雨量，相比固定整点统计更适合捕捉跨小时暴雨过程。

10. 降雨峰值时间

记录最大雨强对应时刻tpeak，可进一步与土壤墒情、地下水和位移响应时间进行比较。

11. 降雨—墒情滞后

τ_R-S = t_{soil response} - t_rainfall

用于分析降雨进入土层后的水分响应速度。

12. 降雨—地下水滞后

τ_R-G = t_{groundwater response} - t_rainfall

反映降雨入渗并补给地下水所需要的时间。

13. 降雨—位移响应

τ_R-D = t_{displacement response} - t_{rainfall event}

通过多次降雨事件统计，可建立特定隐患点自身的降雨—变形响应规律。

14. 多参数风险模型

地质灾害项目可建立：

Risk = f(I, R_1h, R_3h, R_24h, R_e, SoilMoisture, Groundwater, DeepDisplacement, SurfaceDisplacement, Crack)

雨量只是风险模型中的外部输入变量，最终权重和阈值应根据灾害机理、历史事件和长期监测数据确定。

八、系统功能设计

系统支持翻斗脉冲实时计量、分钟雨量统计、实时雨强计算、小时雨量统计、滚动1小时雨量、3小时累计雨量、6小时累计雨量、12小时累计雨量、24小时累计雨量、多日累计雨量、前期有效降雨计算、降雨开始与结束识别、降雨历时计算、最大短历时雨强统计、单场降雨累计、日月年累计雨量、强降雨期间提高采集及上传频率、分级雨量阈值预警、前期降雨联合预警、雨量—土壤墒情联合分析、雨量—地下水联合分析、雨量—深部位移联合分析、雨量—GNSS位移联合分析、雨量—裂缝联合分析、多雨量站空间比较、设备在线状态监测、电源状态监测、远程参数配置、历史数据查询、降雨事件查询、数据导出和告警处置记录。

九、硬件组成与配置方案

1. S-CGRAIN02一体化自动雨量监测站

系统由翻斗式雨量传感器、数据采集终端、通信设备、太阳能或市电供电、户外设备箱、防雷浪涌保护、安装立杆及SIYB®监测平台组成。

2. 翻斗式雨量传感器

采用标准承雨口和机械计量翻斗，将降雨量转换为脉冲信号，是系统核心降雨感知设备。

3. 数据采集终端

实时接收雨量脉冲，对脉冲进行去抖、计数和时间标记，形成分钟雨量和累计量，并完成远程上传。

4. 4G通信单元

山区地质灾害监测站可配置工业4G全网通通信模块，通过公网将实时雨量和设备状态上传至平台。

5. 工业以太网接口

水库、交通和工程现场具备固定网络时，可采用有线网络接入平台主管。

6. 太阳能供电系统

无市电站点采用太阳能板、MPPT控制器和磷酸铁锂电池形成独立供电系统。

7. 户外防护箱

用于安装数据采集、通信、电源管理、防雷等设备，建议采用不低于IP65的户外防护结构。

8. 安装立杆与横臂

采用热镀锌钢结构固定雨量传感器、太阳能板、通信天线和设备箱，并根据现场风荷载进行基础设计。

9. 防雷及浪涌保护

针对山区雷电环境，对电源、通信和长线缆接口配置浪涌保护和接地系统。

10. SIYB®监测管理平台

负责实时雨量、历史雨量、降雨过程、阈值状态、多参数联合分析和设备运维管理。

十、核心设备参数

1. S-CGRAIN02系统建议参数

系统型号：S-CGRAIN02。

产品类型：一体化自动雨量监测站。

监测参数：实时雨量、分钟雨量、时段雨量、累计雨量、降雨强度、降雨历时及阈值状态。

传感器类型：翻斗式雨量传感器。

采集模式：翻斗脉冲实时计数，分钟级统计；强降雨事件期支持提高数据上报频率。

通信方式：4G全网通、工业以太网，可根据项目扩展其他通信链路。

供电方式：太阳能DC供电或AC220V市电。

数据协议：MQTT、HTTP/HTTPS或TCP/IP，可根据平台协议配置；现场RS485设备采用MODBUS-RTU。

2. 翻斗式雨量传感器建议参数

测量原理：翻斗式机械计量。

承雨口径：Φ200mm，建议尺寸误差控制在±0.6mm以内。

单斗分辨率：0.2mm。

测量雨强范围：0.01～4mm/min。

最大允许通过雨强：建议不低于8mm/min。

测量准确度：工程选型目标≤±3%；一般项目不低于±4%等级，具体以最终设备检定或校准资料为准。

输出方式：无源干接点脉冲，可选RS485 MODBUS-RTU。

单次脉冲：1Pulse = 0.2mm降雨。

承雨器材质：304不锈钢。

翻斗结构：精密双翻斗/单计量翻斗结构，根据最终设备确定。

水平调整：底座配置水平泡及可调支脚。

过滤结构：承雨口配置可拆洗过滤网。

工作温度：0～55℃，普通非加热型。

工作湿度：0～100%RH。

防护：电子发讯单元密封防潮；整体雨量筒属于开放式集雨结构，不以普通密闭IP等级评价承雨部分。

低温扩展：存在降雪和冻结条件时配置加热型雨量设备或称重式雨雪量计。

3. 数据采集终端建议参数

雨量脉冲输入：不少于2路，支持干接点计数及硬件/软件去抖。

RS485接口：不少于2路。

数字输入：不少于2路，可扩展门磁、设备状态等开关量。

采集时间分辨率：翻斗事件实时计数，记录时钟分辨率建议≤1s。

常规数据统计周期：1min。

常规上报周期：1～5min可配置。

强降雨上报：建议10～60s可配置，具体根据网络及平台能力设置。

时间同步：NTP/网络授时，可扩展GNSS授时。

通信：4G Cat.1或Cat.4全网通。

通信协议：MQTT、TCP/IP、HTTP/HTTPS。

远程功能：远程参数设置、设备重启、运行状态读取。

供电：DC9～36V。

典型功耗：基础采集状态≤2W；含4G通信平均按3～5W进行能源设计。

工作温度：-40～70℃。

设备箱防护：IP65。

4. 太阳能供电系统建议参数

太阳能组件：50W标准配置；低日照、高纬度或频繁通信项目建议80W。

电池：12.8V/30Ah磷酸铁锂电池，项目可扩展至40Ah或更高容量。

充电控制：MPPT。

系统工作电压：DC12V。

连续阴雨设计：建议按3～5天项目 автоном运行目标进行能源平衡计算。

保护功能：过充、过放、过流、短路及电池低电压保护。

低温地区：根据最低环境温度选择低温型磷酸铁锂电池或电池保温/加热配置。

5. 户外结构建议参数

立杆材质：热镀锌钢。

常规杆高：2～3m，根据地形和设备配置确定。

设备箱：不低于IP65。

太阳能支架：热镀锌或铝合金防腐结构。

浪涌保护：电源和通信接口建议配置不低于工程现场要求的SPD。

接地：金属立杆、设备箱及防雷设备统一接入项目接地系统。

6. 建议参数应用说明

上述雨量传感器、数据采集终端、4G通信和太阳能供电参数属于S-CGRAIN02的建议工程配置，可用于设计院设备表、初步选型和招标技术规格编制。实际项目应根据当地最大雨强、最低温度、雷暴等级、通信覆盖、峰值日照时数和主管部门技术要求进行最终确认。

十一、软件平台与数据展示

SIYB®监测平台按照“区域—项目—隐患点—雨量站”的层级管理自动雨量监测设备，并与地质灾害监测点建立GIS空间关系。平台既保存高时间分辨率原始雨量数据，又自动生成多时间尺度统计指标，为监测人员提供实时降雨状态、过程演化及历史事件查询。

1. 实时雨量页面

显示当前是否降雨、最近1分钟雨量、实时雨强、当前小时累计、今日累计及当前告警级别。

2. 降雨过程曲线

采用柱状图展示分钟或小时雨量，并同步显示累计雨量曲线，直观识别降雨峰值及过程变化。

3. 多时间尺度统计

实时显示1h、3h、6h、12h、24h及项目定义时间尺度累计雨量。

4. 降雨事件管理

记录每次降雨事件开始、结束、持续时间、累计雨量、最大雨强和峰值时间。

5. 前期降雨页面

展示前3日、前5日、前7日累计降雨及项目配置的有效前期降雨指数。

6. 多站比较

多个雨量站统一时间轴比较，用于分析区域局地暴雨和不同高程降雨差异。

7. 雨量—墒情联合页面

将分钟雨量与浅、中、深层土壤含水率曲线同步展示，判断降雨入渗过程。

8. 雨量—地下水联合页面

比较降雨峰值、地下水响应开始时间及地下水最高水位。

9. 雨量—变形联合页面

将降雨与GNSS、裂缝和深部位移统一时间轴展示，分析变形响应的时间滞后。

10. 设备运行页面

显示通信在线、电源电压、太阳能充电状态以及雨量传感器运行状态。

十二、数据分析与智能应用

1. 单次暴雨过程分析

自动提取一场降雨的总量、历时、最大分钟雨量、最大小时雨量和峰值时间，为异常事件复盘提供统一指标。

2. 短历时强降雨识别

通过滚动10min、30min和1h窗口捕捉暴雨峰值，避免整点小时统计漏掉跨时段强降雨。

3. 持续性降雨分析

通过6h、12h、24h及多日累计量判断长时间连续降雨造成的水文背景变化。

4. 前期有效降雨分析

对历史降雨按时间衰减处理，使近期降雨权重大于较早降雨，更符合坡体水分逐步消退的实际特征。

5. 地质灾害事件反演

发生明显位移、裂缝扩展或局部灾害后，可回查事件前数小时及数日降雨过程，分析触发降雨及前期水分背景。

6. 雨量—墒情耦合分析

统计不同雨强条件下表层、中层和深层土壤水分的响应时间及变化幅度，识别坡体入渗特征。

7. 雨量—地下水耦合分析

比较不同降雨事件后地下水位上升幅度、峰值滞后和消退时间，形成隐患点特有的地下水补给响应模型。

8. 雨量—深部位移分析

当连续降雨后潜在滑动带深部位移逐渐增加，可分析降雨与内部剪切活动之间的事件关系。

9. 雨量—表面位移分析

比较不同累计雨量条件下GNSS位移速度和裂缝变化速率，逐步建立隐患点自身的降雨敏感区间。

10. 多站空间异常分析

某站雨量明显高于周边站点时，应同时考虑真实局地强降雨和雨量计滴水、堵塞、机械异常等情况，通过邻站和雷达/气象资料辅助核查。

11. 数据质量自动检查

平台可识别累计雨量回退、长期无脉冲、极端不合理雨强、孤立脉冲、持续固定值以及与周边站明显不一致等数据质量问题。

十三、预警机制与决策支撑

地质灾害自动雨量预警宜建立“短历时雨强＋多时间尺度累计雨量＋前期有效降雨＋坡体水文响应＋变形状态”的综合规则，而不是将某一个24小时雨量值作为所有隐患点的统一预警标准。

1. 短历时雨强预警

针对泥石流、山洪及浅层滑坡等快速响应灾害，可根据5min、10min、30min或1h雨量设置分级关注条件。

2. 1小时累计雨量预警

用于识别短时间暴雨峰值，并作为强降雨事件期提高监测频率的重要触发指标。

3. 3小时和6小时累计预警

用于综合色短历时强降雨和持续性降雨过程。

4. 24小时累计雨量预警

用于判断一天内综合色降雨负荷，尤其适用于降雨型滑坡和土质边坡。

5. 前期有效降雨预警

当前雨量不大但此前多日已经持续降雨时，可根据有效前期降雨提高风险关注等级。

6. 雨强—历时联合预警

根据本区域灾害样本建立I-D阈值曲线，用于综合色判断不同降雨持续时间和平均雨强组合。

7. 雨量—墒情联合预警

强降雨同时导致深层土壤含水率持续升高时，说明降雨正在有效进入坡体内部，可提高水文风险等级。

8. 雨量—地下水联合预警

连续降雨与地下水位快速抬升同步出现时，应加强坡体位移和裂缝监测。

9. 雨量—变形联合预警

当前降雨或前期累计降雨已经较高，同时GNSS、深部位移或裂缝出现加速趋势时，应进入重点专业研判。

10. 分级预警逻辑

项目可根据主管部门要求建立蓝、黄、橙、红或其他分级体系。低等级主要用于提高监测关注和数据复核，中等级增加巡查和监测频率，高等级应按照项目地质灾害应急预案实施现场核查、风险管控及必要的人员安全措施。

11. 告警闭环

雨量达到条件 → 验证传感器数据有效性 → 计算多时间尺度雨量 → 检查前期有效降雨 → 查询土壤墒情和地下水 → 检查GNSS/裂缝/深部位移 → 调用现场视频 → 专业研判 → 确认风险等级 → 执行巡查或应急处置 → 持续跟踪降雨和变形。

十四、项目实施方案

1. 现场降雨代表性调查

综合色地形、高程、山谷走向、植被、隐患点规模及附近既有雨量站分布，确定是否建设单站或多站雨量监测网络。

2. 监测点选址

选择相对开阔、无明显遮挡、无屋檐滴水和地表溅水的位置，并兼顾供电、通信和维护条件。

3. 网络信号测试

采用实际运营商SIM测试4G上行稳定性和信号强度，确定通信终端及天线方案。

4. 基础施工

根据立杆高度、设备重量和当地风荷载设计混凝土基础，保证雨量计长期保持稳定水平状态。

5. 雨量筒安装

固定雨量传感器并使用水平泡进行调平，确保承雨口水平。

6. 周边障碍复核

检查树木、太阳能板、杆件、设备箱等是否可能遮挡或产生异常滴水。

7. 翻斗机械检查

安装前确认翻斗能够自由翻转，磁控开关或脉冲输出工作正常。

8. 标准注水测试

采用校准设备或标准量具完成规定流量的人工注水检验，确认翻斗计数与实际水量之间关系满足项目要求。

9. 数据采集终端配置

配置1Pulse对应雨量值、统计周期、上报周期、时间同步和强降雨事件策略。

10. 太阳能系统安装

太阳能板应避免遮挡雨量筒，并根据当地纬度、太阳资源和现场条件确定朝向和倾角。

11. 防雷接地施工

设备箱、通信模块和金属立杆按照项目雷电防护要求实施浪涌保护及接地。

12. 平台组态

录入监测站名称、经纬度、高程、设备编号、雨量分辨率、通信信息和预警规则。

13. 多时间尺度计算配置

设置分钟、1h、3h、6h、12h、24h以及前期累计雨量统计任务。

14. 联合设备配置

将雨量站与相应土壤墒情、地下水、GNSS、裂缝、深部位移和视频监测点建立空间关联。

15. 告警联动测试

模拟雨量达到阈值，验证平台统计、分级告警、消息推送及其他监测参数调用功能。

16. 试运行

利用自然降雨或标准注水过程验证分钟雨量、累计雨量、平台主管和数据时间的一致性。

17. 工程验收

验收宜包括站点代表性、雨量筒水平度、承雨口尺寸、分辨率、注水校验、通信、太阳能、平台数据、多时间尺度统计、预警规则、防雷及运维档案。

十五、运维服务保障

一体化自动雨量监测站运维应重点保证承雨通道畅通、翻斗机械灵活和计量基准稳定。雨季前应清洁承雨口、过滤网、漏斗和翻斗，检查昆虫、树叶、泥沙及鸟类活动造成的堵塞；检查水平泡状态和固定螺栓，发现立杆或基础变化后重新调平；强降雨后检查承雨口是否残留杂物；定期进行人工计划注水或标准校验，核查翻斗次数与理论雨量；检查脉冲线缆、磁控开关、4G通信、太阳能组件、电池和防雷设备；周边植被生长后重新评估遮挡条件。

平台运维应定期检查累计雨量是否出现异常回退、长时间无脉冲、单站极端异常、设备时间漂移和周边站点明显不一致等情况。发现异常后应区分真实局地暴雨、承雨口堵塞、机械卡滞、滴水影响和采集终端故障。雨量传感器维修或重新调整翻斗后，应重新进行计量核验并记录维护时间，使长期数据具备完整可追溯性。

十六、项目优势与方案价值

S-CGRAIN02将传统人工日雨量观测扩展为高时间分辨率自动降雨过程监测，可连续记录暴雨开始、雨强增强、峰值、减弱及结束全过程，并形成分钟、小时和多日多个时间尺度的降雨指标。

翻斗事件实时计量能够捕获短历时强降雨，使雨量数据不仅回答“今天下了多少雨”，还可以回答“什么时候下得最强、强降雨持续了多久、峰值是否已经过去”。通过滚动时间窗口计算，可避免整点统计对跨时段暴雨峰值的遗漏。

前期有效降雨将历史降雨背景纳入风险分析，使系统能够区分首次暴雨与连续多日降雨后再次降雨两种完全不同的坡体水文状态。

雨量与土壤墒情、地下水、深部位移、GNSS和裂缝联合后，可构建“降雨输入—土体增湿—地下水上升—内部剪切—表面变形”的地质灾害风险链，比单独使用固定雨量阈值具有更好的工程解释能力。

太阳能和4G综合在线结构适用于偏远山区无人值守部署，模块化数据接口便于与既有地质灾害监测平台、自然资源平台、水利平台及综合在线监控系统集成。

最终形成：

自动雨量感知 → 分钟级降雨 → 实时雨强 → 多时间尺度累计 → 前期有效降雨 → 远程传输 → 降雨过程分析 → 土壤入渗响应 → 地下水响应 → 深部/表面变形关联 → 分级预警 → 现场复核 → 专业研判

的一体化自动雨量监测与地质灾害风险分析体系。

十七、应用场景

1. 山区滑坡监测

作为降雨型滑坡综合在线监测的外部诱发因素监测站，与地下水、墒情、位移和裂缝联合运行。

2. 泥石流监测

重点监测短历时强降雨、小时雨量和前期累计雨量，为泥石流沟风险分析提供实时数据。

3. 崩塌和危岩区

记录强降雨和连续降雨过程，辅助分析岩体裂隙入水和崩塌活动条件。

4. 公路铁路高边坡

用于山区道路边坡降雨监测，与边坡位移、锚索和地下水综合在线分析。

5. 隧道洞口边坡

监测洞口仰坡短历时降雨和连续降雨过程。

6. 水库库岸

综合色降雨、库水位、地下水和坡体位移研究库岸水文响应。

7. 水库大坝与堤防

用于坝区降雨及渗流监测辅助分析。

8. 尾矿库

监测库区强降雨过程，为排洪、坝体渗流和安全运行提供环境数据。

9. 矿山与排土场

用于露天矿边坡、排土场和矿区泥石流风险监测。

10. 基坑与工程边坡

记录强降雨事件，为基坑积水、边坡和支护结构异常分析提供外部环境依据。

11. 山洪风险区域

通过分钟和小时级雨量数据监测短历时暴雨。

12. 水文气象监测

可作为区域自动雨量站和微型水文气象监测网络的降水观测节点。

十八、效益分析

一体化自动雨量监测站能够将日尺度人工降雨记录提升为分钟级综合在线数据，显著提高短历时暴雨识别能力；滚动1h、3h、6h、12h和24h累计数据能够从多个时间尺度描述降雨过程；前期有效降雨能够反映坡体降雨背景；与土壤墒情联合可以识别降雨是否真正进入坡体；与地下水联合能够确定地下水补给滞后；与GNSS、裂缝和深部位移联合能够建立降雨与变形之间的实际响应关系。

长期积累的雨量—响应数据还可用于持续修正特定隐患点的预警阈值，逐步由通用经验雨量向本地化风险模型转变。自动采集和远程通信减少偏远山区人工计划频次，雨量事件、告警和处置全过程留痕，可为地质灾害风险研判、工程治理效果评价及灾害事件复盘提供可追溯基础数据。

十九、标准规范与政策依据

1. GB/T 21978.2-2014《降水量观测仪器 第2部分：翻斗式雨量传感器》

用于翻斗式雨量传感器结构、技术性能及相关产品设计，是本方案雨量传感器选型的重要技术依据。

2. GB/T 35228-2017《地面气象观测规范 降水量》

用于地面降水量观测方法、观测环境及数据处理，可作为自动雨量监测站布设和降水观测的重要参考。

3. GB/T 28592-2012《降水量等级》

用于降水量等级相关气象业务表达。工程地质灾害预警应在此基础上建立项目自身的短历时和累计雨量控制指标，而不能直接用气象降水等级替代灾害风险等级。

4. DZ/T 0221-2006《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》

用于滑坡、崩塌和泥石流专业监测，降雨是地质灾害综合在线监测体系的重要外部诱发因素。

5. DZ/T 0460-2023《地质灾害自动化仪器监测预警规范》

用于地质灾害自动化监测预警系统设计、建设和运行，一体化自动雨量站用于地质灾害项目时应与其他自动监测设备和预警体系协同建设。

6. DZ/T 0439-2023《地质灾害监测预警设备检测技术要求》

用于地质灾害监测预警设备性能检测和项目设备质量控制。

7. DZ/T 0449-2023《地质灾害气象风险预警规范》

涉及地质灾害气象风险预警业务时，可结合降雨观测、灾害历史样本和区域风险条件建立气象风险预警方法。

8. GB/T 40112-2021《地质灾害危险性评估规范》

用于地质灾害危险性和环境条件评价，为雨量监测站布点及监测对象分析提供基础依据。

9. 项目所在地技术要求

具体项目还应执行所在地自然资源、水利、交通、气象、应急及其他主管部门现行自动雨量监测、地质灾害监测预警和防汛相关技术要求。

• GB/T 21978.2-2014《降水量观测仪器 第2部分：翻斗式雨量传感器》。
• GB/T 35228-2017《地面气象观测规范 降水量》。
• GB/T 28592-2012《降水量等级》。
• DZ/T 0221-2006《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》。
• DZ/T 0460-2023《地质灾害自动化仪器监测预警规范》。
• DZ/T 0439-2023《地质灾害监测预警设备检测技术要求》。
• DZ/T 0449-2023《地质灾害气象风险预警规范》。
• GB/T 40112-2021《地质灾害危险性评估规范》。
• 项目所在地地质灾害、防汛、水文和气象监测技术要求。
• 《S-CGRAIN02一体化自动雨量监测站产品说明书》。

二十、成功案例

以下内容为典型应用案例示例，用于说明S-CGRAIN02一体化自动雨量监测站的工程应用方法，不作为未经核验的实际项目业绩。

案例一：短历时暴雨触发滑坡风险关注

某山区滑坡此前累计降雨并不突出，但一个小时内出现高强度降雨。自动雨量站记录到明显小时雨量峰值，随后浅层土壤含水率快速增加。系统依据短历时雨量和墒情联合条件提高监测等级，而不是等待24小时累计雨量达到较高数值。

案例二：连续多日降雨形成高湿背景

某滑坡区域连续数日中等强度降雨，单小时雨量均不突出，但前期有效降雨持续增加。随后一次普通强度降雨发生时，地下水位快速上升并伴随GNSS位移变化。长期数据表明前期水文背景是该隐患点的重要风险因素。

案例三：泥石流沟短历时强降雨

某泥石流沟在短时间内出现高雨强过程，分钟及滚动小时雨量快速增加。平台结合同期沟道视频和前期累计降雨提高风险关注，并按项目应急程序加强沟口道路和人员管控。

案例四：雨量计堵塞导致异常低值

某站在区域明显强降雨期间持续记录极低雨量，而邻近雨量站和现场视频均显示降雨强烈。现场检查发现承雨口被树叶和泥沙堵塞，清理后恢复正常。该案例说明设备数据质量检查与邻站比较的重要性。

案例五：树冠滴水造成异常雨量

某监测站雨停后仍持续出现零散翻斗脉冲。现场检查发现上方树叶积水持续滴入承雨口。重新调整雨量站位置后解决异常累计问题。

案例六：降雨—墒情—地下水连续响应

某土质滑坡在强降雨开始后，表层土壤含水率首先升高，中深层随后响应，地下水位在更晚阶段开始明显抬升。多参数时间轴形成清晰的降雨入渗和地下水补给过程。

案例七：降雨后深部位移滞后发展

某滑坡强降雨结束后雨量逐渐归零，但地下水继续升高，潜在滑动带深部位移在之后一段时间开始增加。项目因此没有在雨停后立即降低全部风险关注，而是结合地下水和位移继续监测。

案例八：山区局地降雨差异

某大型山区项目在不同高程布设多个自动雨量站，同一次对流天气过程中各站累计量存在明显差异，说明距离较远的单一气象站不足以代表整个复杂山地隐患区。

案例九：翻斗失去水平造成长期偏差

某站长期雨量相对邻站偏低。现场复核发现基础轻微沉降导致雨量筒失去水平。重新调平并校准后，多站降雨关系恢复合理。

案例十：长期数据优化地灾雨量阈值

某隐患点初期采用区域经验雨量阈值。经过多个雨季积累1h、3h、24h雨量、前期有效降雨、地下水及位移数据后，逐步形成更符合本隐患点响应特征的多时间尺度预警规则，提高了风险提示的针对性。

二十一、参考文献

1. 《S-CGRAIN02 一体化自动雨量监测站产品说明书》，V1.0，2026年9月。
2. GB/T 21978.2-2014《降水量观测仪器 第2部分：翻斗式雨量传感器》。
3. GB/T 35228-2017《地面气象观测规范 降水量》。
4. GB/T 28592-2012《降水量等级》。
5. DZ/T 0221-2006《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》。
6. DZ/T 0460-2023《地质灾害自动化仪器监测预警规范》。
7. DZ/T 0439-2023《地质灾害监测预警设备检测技术要求》。
8. DZ/T 0449-2023《地质灾害气象风险预警规范》。
9. GB/T 40112-2021《地质灾害危险性评估规范》。
10. 项目所在地地质灾害监测、防汛、水文和气象技术要求。
11. 项目地质勘察、水文地质、历史灾害及降雨统计资料。
12. 项目土壤墒情、地下水位、GNSS、裂缝、深部位移及视频监测资料。

S-CGRAIN02一体化自动雨量监测站适用于山区滑坡、泥石流沟、崩塌危岩、公路铁路高边坡、水库库岸、大坝堤防、尾矿库、矿山、基坑、山洪风险区及其他需要连续获取降雨过程的工程监测场景。

自动雨量监测的技术核心不是简单获得一个“今日降雨量”，而是建立从单次翻斗脉冲到分钟雨量、短历时雨强、多时间尺度累计雨量和前期有效降雨的完整降雨过程数据，并进一步识别降雨进入坡体之后对土壤含水率、地下水和变形状态产生的连续响应。

最终形成“翻斗式雨量感知—分钟降雨—实时雨强—多时间尺度累计—前期有效降雨—4G/有线通信—SIYB®监测平台—雨量阈值分析—土壤墒情响应—地下水响应—深部/表面位移关联—分级预警—现场复核—专业研判”的完整一体化自动雨量监测站应用方案。