水位自動測報系統(tǒng)在河道險情中的應(yīng)用

□王 彬（洛陽市水務(wù)局防汛通訊站）

水位自動測報系統(tǒng)在河道險情中的應(yīng)用

□王 彬（洛陽市水務(wù)局防汛通訊站）

河道水位自動監(jiān)測系統(tǒng)適用于遠程監(jiān)測自然河流、人工運河、景觀河道等的實時水位狀況，采用GPRS/CDMA通信時，支持遠程拍照；采用光纖/ADSL通信時，支持實時視頻監(jiān)控。通過在河道中建設(shè)水位自動記錄和超警戒水位報警設(shè)備，利用高清攝像頭將水位變化數(shù)據(jù)實時收集并儲存在電腦中，當(dāng)發(fā)生險情時觸發(fā)開關(guān)將信號傳遞給電腦并觸發(fā)音箱報警，對及時發(fā)現(xiàn)險情具有重大意義。文章對水位自動測報系統(tǒng)的建設(shè)背景、系統(tǒng)進行詳細介紹，并探討該系統(tǒng)在河道險情中的應(yīng)用。

水位；自動記錄；超警戒水位；報警

1 水位自動測報系統(tǒng)建設(shè)背景

1.1 我國洪澇災(zāi)情

在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，水在人們的日常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用，一旦斷了水，輕則給人們生活帶來不便，重則可能造成生產(chǎn)事故。水所發(fā)揮的巨大作用不可否認，但是洪澇災(zāi)害也會給人們帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失。我國幅員遼闊，地形復(fù)雜，季風(fēng)氣候顯著，是世界上水災(zāi)頻發(fā)且影響范圍較廣泛的國家之一。我國暴雨洪澇災(zāi)害災(zāi)情的記載年代很久遠，《中國歷史大洪水》一書整理了我國1482-1985年共504年中91場特大洪水。中科學(xué)減災(zāi)中心的暴雨洪澇災(zāi)情庫統(tǒng)計有1953-1992年共40年多次大暴雨的災(zāi)情。全國約有35%的耕地、40%的人口和70%的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常受到江河洪水的威脅，并且因洪水災(zāi)害所造成的財產(chǎn)損失居各種災(zāi)害之首。河南省發(fā)生過多次洪水災(zāi)害，且受損巨大，如：1996年8月暴雨洪澇災(zāi)害，全省耕地受災(zāi)面積66.50萬hm2，549.54萬人受災(zāi)；1998年6月暴雨洪澇災(zāi)害， 全省耕地受災(zāi)面積31.30萬hm2，817萬人受災(zāi)。

洪水災(zāi)害的形成受氣候、下墊面等自然因素與人類活動因素的影響。洪水可分為河流洪水、湖泊洪水和風(fēng)暴潮洪水等。暴雨洪水是最常見的威脅最大的洪水，它是由較大強度的降雨形成的，簡稱雨洪。山洪是山區(qū)溪溝中發(fā)生的暴漲暴落的洪水。由于山區(qū)地面和河床坡降都較陡，降雨后產(chǎn)流和匯流都較快，形成急劇漲落的洪峰，所以山洪具有突發(fā)性強、水量集中、破壞力強等特點，但災(zāi)害波及范圍較小。在人類的歷史上洪水災(zāi)害每年都會發(fā)生，所導(dǎo)致的人、財、物的損失不計其數(shù)，這自然災(zāi)害，雖然無法避免，但是可以預(yù)防。

1.2 原有設(shè)備存在不足

我國領(lǐng)土廣闊，地理環(huán)境復(fù)雜、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡等原因，導(dǎo)致水位測量工作仍舊存在一些困難。大型發(fā)電站的水位測量技術(shù)相對先進一些，但是一般的報汛站和水文監(jiān)測站的水位測量技術(shù)仍處于比較落后的狀態(tài)，如：水文監(jiān)測站測洪能力不適應(yīng)測大洪水的要求、水位測量自動化程度低等不足，導(dǎo)致防洪不到位而猝不及防。

上游水庫或橡膠壩放水時通常會及時通知下游河道管理部門，但是在出現(xiàn)山洪、突發(fā)大暴雨等情況時，下游的值班人員往往很難及時發(fā)現(xiàn)河道水位已經(jīng)上漲，尤其是晚上值班人員睡覺時出現(xiàn)意外更是無法及時發(fā)現(xiàn)。且河道中設(shè)置的水尺必須通過值班人員定時檢查，才能獲取水位數(shù)據(jù)，通過分析水位數(shù)據(jù)進一步獲知流量數(shù)據(jù)，因此值班人員的疏忽或數(shù)據(jù)采集的時間都可能影響著水位數(shù)據(jù)的準確性。

我國大部分報汛站水位的測量主要使用浮子式自動水位計、非接觸式氣介水位計，采用測井法測量。由于江河泥沙的淤積，每年用于清理測井管泥沙的費用達數(shù)千萬元。水位監(jiān)測精度偏低，影響了調(diào)洪演算時水量的平衡，以致不能很好地兼顧防洪渡汛和蓄水興利，所以開發(fā)一種性能穩(wěn)定可靠，不受地理環(huán)境、氣候條件、交通等因素的影響，并能及時準確、自動測量水位的系統(tǒng)具有十分重要的實際意義。

2 水位自動測報系統(tǒng)介紹

2.1 設(shè)備功能

為了避免各類事故的發(fā)生，在河道中建設(shè)水位自動記錄和超警戒水位報警裝置是很有必要的，這種設(shè)備利用高清攝像頭可將水位變化數(shù)據(jù)及時收集并儲存在電腦中，當(dāng)發(fā)生險情時觸發(fā)開關(guān)將信號傳遞給電腦并觸發(fā)音箱報警，方便值班人員及時發(fā)現(xiàn)險情。

水位自動測報系統(tǒng)屬于應(yīng)用現(xiàn)代通信、計算機技術(shù)，完成水位數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、處理應(yīng)用的信息系統(tǒng)，屬于非工程性防汛措施，它能將某一流域或區(qū)域內(nèi)的水文氣象、水資源信息在短時間內(nèi)傳遞至決策機構(gòu)，以便進行洪水預(yù)報和水資源優(yōu)化調(diào)度，減少水害損失，提高水資源的利用率，可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

河道水位自動監(jiān)測系統(tǒng)適用于遠程監(jiān)測自然河流、人工運河、景觀河道等的實時水位狀況，采用GPRS/CDMA通信時，支持遠程拍照；采用光纖/ADSL通信時，支持實時視頻監(jiān)控。河道水位自動監(jiān)測系統(tǒng)在及時掌握主要流域、重點斷面、城市內(nèi)河的水源變化情況并及時預(yù)警洪澇事故、避免人員和經(jīng)濟損失等方面有著重要意義。

2.2 工作原理

水位自動記錄和超警戒水位報警裝置，包括水位尺、方塊浮球、觸發(fā)開關(guān)、高清攝像頭、電池既四G信號發(fā)射箱、四G信號接收器、電腦、控制模塊和音箱等，方塊浮球中部設(shè)置的套孔套在水位尺上，方塊浮球前部的孔內(nèi)設(shè)有對應(yīng)刻度數(shù)字的高清攝像頭，攝像頭通過視頻數(shù)據(jù)線連接水位尺上端電池既四G信號發(fā)射箱內(nèi)的處理器；在水位尺上部一側(cè)的側(cè)板下部設(shè)有觸發(fā)開關(guān)，觸發(fā)開關(guān)通過數(shù)據(jù)線連接電池既四G信號發(fā)射箱內(nèi)的處理器；處理器將視頻數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)壓縮并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后通過四G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號給值班室電腦的信號處理器DSP，電腦的控制模塊將視頻數(shù)據(jù)儲存；或?qū)缶瘮?shù)據(jù)通過連接電腦的音箱發(fā)出警示音。

河道水位自動記錄和超警戒水位報警裝置，在高清攝像頭上設(shè)有照射刻度數(shù)字的燈，在電池既四G信號發(fā)射箱內(nèi)設(shè)有鋰電池和處理器，四G無線網(wǎng)絡(luò)為移動四G無線網(wǎng)絡(luò)或聯(lián)通四G無線網(wǎng)絡(luò)，在水位尺的由上至下設(shè)有刻度數(shù)字和正、反“E”刻度。方塊浮球的中部由上至下設(shè)有套孔，套孔套在水位尺上，套孔內(nèi)壁與水位尺的外緣間隙配合；在方塊浮球的前部設(shè)有凸起面，孔貫通凸起面和套孔，高清攝像頭設(shè)置在孔內(nèi)，在孔的內(nèi)外端分別設(shè)有玻璃。詳見圖1。

圖1 超警戒水位報警設(shè)備結(jié)構(gòu)總圖

2.3 操作方法

具體使用時，首先將水位尺的下端固定在河道中，為了防范方塊浮球內(nèi)的高清攝像頭受到水淹，孔內(nèi)外端的玻璃可以保護所述高清攝像頭，方塊浮球處于水位尺的外緣并隨著水位高低上下漂動，同步方塊浮球內(nèi)的高清攝像頭時時獲取水位變化數(shù)據(jù)，由高清攝像頭采集的數(shù)據(jù)通過電池既四G信號發(fā)射箱內(nèi)的處理器壓縮成數(shù)字信號傳遞給值班室內(nèi)的電腦（通常值班室內(nèi)有人值班），接收數(shù)據(jù)后電腦內(nèi)的控制模塊將數(shù)據(jù)儲存，視頻數(shù)據(jù)需要設(shè)置同步時間，以便分析視頻數(shù)據(jù)時知道某一時間段的準確數(shù)據(jù)；本發(fā)明可以獲取人工無法完成的實時數(shù)據(jù)，尤其是突發(fā)漲水情況時能夠及時提醒值班人員，對于漲水時減少各類事故的發(fā)生具有十分重要的意義。

3 水位自動測報系統(tǒng)在河道險情中的應(yīng)用

2016年7月19日8時至20日8時，洛陽市普降大到暴雨，其中新安縣鐵門鎮(zhèn)上游平均降雨量71.30 mm，點最大降雨量119.00 mm；宜陽縣柳泉鎮(zhèn)水兌村上游平均降雨量50.60 mm，點最大降雨量100.50 mm。此次大范圍的強降雨，直接導(dǎo)致新安縣的鐵門水文站和宜陽縣的水兌水文站水位急速上漲，鐵門水文站最高水位316.41 m，最低水位315.28 m，最大水位變幅1.13 m；水兌水文站最高水位217.65 m，最低水位216.44 m，最大水位變幅1.21 m。詳見表1。

表1 水位變化情況統(tǒng)計表

水位自動記錄和超警戒水位報警裝置在這次漲水過程中發(fā)揮了重要作用，當(dāng)某個水文站的水位變化過快時，由高清攝像頭采集的數(shù)據(jù)通過電池既四G信號發(fā)射箱內(nèi)的處理器壓縮成數(shù)字信號傳遞給值班室內(nèi)的電腦，并通過音箱發(fā)出報警聲音，引起值班人員的注意，使值班人員及早知道這個水文站發(fā)生了險情，以便及時聯(lián)系當(dāng)?shù)胤姥床块T，及早采取有效措施，提前通知當(dāng)?shù)厝罕?，讓群眾遠離河道，不要在河邊活動，盡量減少事故的發(fā)生，使暴雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害降到最低，以達到防汛的目的。

4 結(jié)語

汛期因大暴雨導(dǎo)致的河道水位快速上漲而發(fā)生的險情時有發(fā)生，尤其是在晚上不知道上游發(fā)生大暴雨的情況下，設(shè)立水位自動記錄和超警戒水位報警裝置對于防汛是很有必要的。筆者對河道水位自動記錄和超警戒水位報警裝置進行了深入的研究與探討，平時的河道水位自動記錄就是一項非常難做的事情，只有有了平時采集的數(shù)據(jù)才能對河道的水位進行正確的評估，而超警戒水位的防范工作也是來自與平時的積累，為了能對河道的水位自動記錄和超警戒水位后及時報警是所有相關(guān)工作人員的責(zé)任，應(yīng)將其列入到日常巡視的工作中，并有序地開展工作。

編輯：劉 青

S274.2

：A

：1673-8853（2017）02-0017-03

2016年12月13日