□王 彬（洛陽(yáng)市水務(wù)局防汛通訊站）

水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在河道險(xiǎn)情中的應(yīng)用

□王 彬（洛陽(yáng)市水務(wù)局防汛通訊站）

河道水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)自然河流、人工運(yùn)河、景觀河道等的實(shí)時(shí)水位狀況，采用GPRS/CDMA通信時(shí)，支持遠(yuǎn)程拍照；采用光纖/ADSL通信時(shí)，支持實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。通過在河道中建設(shè)水位自動(dòng)記錄和超警戒水位報(bào)警設(shè)備，利用高清攝像頭將水位變化數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集并儲(chǔ)存在電腦中，當(dāng)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)觸發(fā)開關(guān)將信號(hào)傳遞給電腦并觸發(fā)音箱報(bào)警，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情具有重大意義。文章對(duì)水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)背景、系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并探討該系統(tǒng)在河道險(xiǎn)情中的應(yīng)用。

水位；自動(dòng)記錄；超警戒水位；報(bào)警

1 水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)背景

1.1 我國(guó)洪澇災(zāi)情

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(lái)越重要的作用，一旦斷了水，輕則給人們生活帶來(lái)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(rèn)，但是洪澇災(zāi)害也會(huì)給人們帶來(lái)巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。我國(guó)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(guó)家之一。我國(guó)暴雨洪澇災(zāi)害災(zāi)情的記載年代很久遠(yuǎn)，《中國(guó)歷史大洪水》一書整理了我國(guó)1482-1985年共504年中91場(chǎng)特大洪水。中科學(xué)減災(zāi)中心的暴雨洪澇災(zāi)情庫(kù)統(tǒng)計(jì)有1953-1992年共40年多次大暴雨的災(zāi)情。全國(guó)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(cái)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(wàn)hm2，549.54萬(wàn)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(wàn)hm2，817萬(wàn)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(dòng)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(qiáng)度的降雨形成的，簡(jiǎn)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(qiáng)、水量集中、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)，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(huì)發(fā)生，所導(dǎo)致的人、財(cái)、物的損失不計(jì)其數(shù)，這自然災(zāi)害，雖然無(wú)法避免，但是可以預(yù)防。

1.2 原有設(shè)備存在不足

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

上游水庫(kù)或橡膠壩放水時(shí)通常會(huì)及時(shí)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(shí)，下游的值班人員往往很難及時(shí)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(shí)出現(xiàn)意外更是無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。且河道中設(shè)置的水尺必須通過值班人員定時(shí)檢查，才能獲取水位數(shù)據(jù)，通過分析水位數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)間都可能影響著水位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

我國(guó)大部分報(bào)汛站水位的測(cè)量主要使用浮子式自動(dòng)水位計(jì)、非接觸式氣介水位計(jì)，采用測(cè)井法測(cè)量。由于江河泥沙的淤積，每年用于清理測(cè)井管泥沙的費(fèi)用達(dá)數(shù)千萬(wàn)元。水位監(jiān)測(cè)精度偏低，影響了調(diào)洪演算時(shí)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(shí)準(zhǔn)確、自動(dòng)測(cè)量水位的系統(tǒng)具有十分重要的實(shí)際意義。

2 水位自動(dòng)測(cè)報(bào)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(dòng)記錄和超警戒水位報(bào)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(shí)收集并儲(chǔ)存在電腦中，當(dāng)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)觸發(fā)開關(guān)將信號(hào)傳遞給電腦并觸發(fā)音箱報(bào)警，方便值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情。

水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)屬于應(yīng)用現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)，完成水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(shí)間內(nèi)傳遞至決策機(jī)構(gòu)，以便進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

河道水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)自然河流、人工運(yùn)河、景觀河道等的實(shí)時(shí)水位狀況，采用GPRS/CDMA通信時(shí)，支持遠(yuǎn)程拍照；采用光纖/ADSL通信時(shí)，支持實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。河道水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在及時(shí)掌握主要流域、重點(diǎn)斷面、城市內(nèi)河的水源變化情況并及時(shí)預(yù)警洪澇事故、避免人員和經(jīng)濟(jì)損失等方面有著重要意義。

2.2 工作原理

水位自動(dòng)記錄和超警戒水位報(bào)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(hào)發(fā)射箱、四G信號(hào)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(duì)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(hào)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(hào)發(fā)射箱內(nèi)的處理器；處理器將視頻數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)壓縮并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后通過四G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)給值班室電腦的信號(hào)處理器DSP，電腦的控制模塊將視頻數(shù)據(jù)儲(chǔ)存；或?qū)?bào)警數(shù)據(jù)通過連接電腦的音箱發(fā)出警示音。

河道水位自動(dòng)記錄和超警戒水位報(bào)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(hào)發(fā)射箱內(nèi)設(shè)有鋰電池和處理器，四G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為移動(dòng)四G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或聯(lián)通四G無(wú)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(bào)警設(shè)備結(jié)構(gòu)總圖

2.3 操作方法

具體使用時(shí)，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(hù)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(dòng)，同步方塊浮球內(nèi)的高清攝像頭時(shí)時(shí)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(hào)發(fā)射箱內(nèi)的處理器壓縮成數(shù)字信號(hào)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(chǔ)存，視頻數(shù)據(jù)需要設(shè)置同步時(shí)間，以便分析視頻數(shù)據(jù)時(shí)知道某一時(shí)間段的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；本發(fā)明可以獲取人工無(wú)法完成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，尤其是突發(fā)漲水情況時(shí)能夠及時(shí)提醒值班人員，對(duì)于漲水時(shí)減少各類事故的發(fā)生具有十分重要的意義。

3 水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在河道險(xiǎn)情中的應(yīng)用

2016年7月19日8時(shí)至20日8時(shí)，洛陽(yáng)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(diǎn)最大降雨量119.00 mm；宜陽(yáng)縣柳泉鎮(zhèn)水兌村上游平均降雨量50.60 mm，點(diǎn)最大降雨量100.50 mm。此次大范圍的強(qiáng)降雨，直接導(dǎo)致新安縣的鐵門水文站和宜陽(yáng)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(jì)表

水位自動(dòng)記錄和超警戒水位報(bào)警裝置在這次漲水過程中發(fā)揮了重要作用，當(dāng)某個(gè)水文站的水位變化過快時(shí)，由高清攝像頭采集的數(shù)據(jù)通過電池既四G信號(hào)發(fā)射箱內(nèi)的處理器壓縮成數(shù)字信號(hào)傳遞給值班室內(nèi)的電腦，并通過音箱發(fā)出報(bào)警聲音，引起值班人員的注意，使值班人員及早知道這個(gè)水文站發(fā)生了險(xiǎn)情，以便及時(shí)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)厝罕姡屓罕娺h(yuǎn)離河道，不要在河邊活動(dòng)，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(dá)到防汛的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

汛期因大暴雨導(dǎo)致的河道水位快速上漲而發(fā)生的險(xiǎn)情時(shí)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(dòng)記錄和超警戒水位報(bào)警裝置對(duì)于防汛是很有必要的。筆者對(duì)河道水位自動(dòng)記錄和超警戒水位報(bào)警裝置進(jìn)行了深入的研究與探討，平時(shí)的河道水位自動(dòng)記錄就是一項(xiàng)非常難做的事情，只有有了平時(shí)采集的數(shù)據(jù)才能對(duì)河道的水位進(jìn)行正確的評(píng)估，而超警戒水位的防范工作也是來(lái)自與平時(shí)的積累，為了能對(duì)河道的水位自動(dòng)記錄和超警戒水位后及時(shí)報(bào)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