一．引文

山洪雨水情防洪自動監(jiān)測是山區(qū)防洪減災(zāi)與應(yīng)急預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)支撐，監(jiān)測系統(tǒng)由雨量、水位、流速、視頻等多類終端與數(shù)據(jù)傳輸、平臺解析模塊共同構(gòu)成，研究人員將整套系統(tǒng)視作山洪災(zāi)害防御體系中的前端感知核心。監(jiān)測設(shè)備依托氣象與水文傳感技術(shù)對降雨、河道水位、斷面流量等要素進(jìn)行不間斷采集，數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)上傳至管理平臺并通過模型算法實(shí)現(xiàn)汛情研判與預(yù)警發(fā)布，為人員轉(zhuǎn)移、工程調(diào)度與應(yīng)急處置提供可靠依據(jù)。

二．監(jiān)測原理

雨量監(jiān)測站以翻斗式或壓電式傳感結(jié)構(gòu)為工作基礎(chǔ)，翻斗式設(shè)備通過機(jī)械翻轉(zhuǎn)計(jì)量降雨累積量，殼體內(nèi)部的雙斗室在承接雨水后產(chǎn)生重心偏移，翻轉(zhuǎn)動作被計(jì)數(shù)模塊轉(zhuǎn)化為電信號并換算為時(shí)段降雨量。壓電式雨量監(jiān)測設(shè)備利用沖擊振動原理完成測量，雨滴撞擊感應(yīng)面板產(chǎn)生的微振動被轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，設(shè)備把脈沖數(shù)量與降雨強(qiáng)度建立對應(yīng)關(guān)系從而實(shí)現(xiàn)無機(jī)械部件測量。水位監(jiān)測設(shè)備依托壓力式、雷達(dá)式或超聲波技術(shù)工作，壓力式傳感器將水體壓力轉(zhuǎn)化為液位高度數(shù)據(jù)，雷達(dá)與超聲波設(shè)備通過發(fā)射與接收回波的時(shí)間差計(jì)算水面距離，設(shè)備把液位數(shù)值與河道基礎(chǔ)信息結(jié)合為洪水預(yù)警提供基礎(chǔ)參數(shù)。

三．技術(shù)參數(shù)

山洪雨水情監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)參數(shù)被設(shè)計(jì)為適配山區(qū)復(fù)雜環(huán)境，降雨量測量范圍覆蓋0～4mm/min，測量精度控制在±3%以內(nèi)，分辨率0.1mm/0.2mm/0.5mm，設(shè)備支持分鐘級降雨強(qiáng)度與小時(shí)降雨量統(tǒng)計(jì)。7米雷達(dá)水位計(jì)監(jiān)測量程0～7m，測量精度保持在±3mm水平，響應(yīng)時(shí)間不超過1s，可對水位陡漲陡落過程進(jìn)行完整捕捉。雷達(dá)流速監(jiān)測設(shè)備流速測量范圍為0.1～20m/s，0.1～40m/s，測量精度優(yōu)于±0.01m/s，可在暴雨、濃霧、風(fēng)沙等天氣下保持穩(wěn)定工作。通信單元支持4G與北斗衛(wèi)星雙鏈路傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送間隔可在2min及以上靈活設(shè)定。供電系統(tǒng)采用太陽能板與蓄電池組合方案，設(shè)備在連續(xù)陰雨天氣下可維持7天以上連續(xù)運(yùn)行，整機(jī)防護(hù)等級達(dá)到IP68標(biāo)準(zhǔn)，可在-30℃～70℃溫度區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定工作。

四．技術(shù)優(yōu)勢

自動監(jiān)測設(shè)備的非接觸與一體化結(jié)構(gòu)使山洪監(jiān)測工作的可靠性有所提升，雨量與水位設(shè)備被安裝在山體坡面、河道岸邊等無人值守區(qū)域，無需人員現(xiàn)場值守即可完成全時(shí)段數(shù)據(jù)采集，山區(qū)交通不便與汛期危險(xiǎn)區(qū)域的監(jiān)測盲區(qū)被大幅壓縮。非接觸式測量方式使設(shè)備不與水體直接接觸因而不受漂浮物撞擊、泥沙淤積與水體腐蝕影響，設(shè)備維護(hù)周期被顯著延長。雙鏈路通信模式使數(shù)據(jù)傳輸中斷風(fēng)險(xiǎn)有所降低，單條鏈路故障時(shí)備用鏈路可自動切換保障數(shù)據(jù)不丟失。設(shè)備自帶本地?cái)?shù)據(jù)存儲功能，斷電或斷網(wǎng)期間采集信息被自動保存，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后可自動補(bǔ)傳確保監(jiān)測序列完整。平臺端具備閾值設(shè)置，預(yù)警響應(yīng)時(shí)間與處置效率得到明顯改善。

五．應(yīng)用場景

山洪雨水情防洪自動監(jiān)測設(shè)備被廣泛應(yīng)用于山區(qū)防洪全流程場景，山區(qū)小流域把監(jiān)測站點(diǎn)布設(shè)在溝道入口、支流匯合處等關(guān)鍵位置，對降雨與水位變化進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，為小流域山洪預(yù)警提供直接數(shù)據(jù)支撐。河道沿線與水庫周邊區(qū)域借助監(jiān)測設(shè)備掌握水位與流量變化趨勢，為水庫泄洪、閘壩調(diào)度與堤防防守提供決策依據(jù)。山洪地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)段將監(jiān)測數(shù)據(jù)與地質(zhì)條件資料結(jié)合使用，對滑坡、泥石流等次生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行提前研判。鄉(xiāng)鎮(zhèn)與行政村的預(yù)警責(zé)任主體通過平臺接收實(shí)時(shí)雨水情信息，把預(yù)警指令快速傳遞至村組與農(nóng)戶，使臨災(zāi)轉(zhuǎn)移避險(xiǎn)組織工作更具時(shí)效性。水利、應(yīng)急、氣象等多部門將監(jiān)測數(shù)據(jù)納入共享平臺，跨部門協(xié)同研判與應(yīng)急聯(lián)動機(jī)制得到強(qiáng)化。

六．總結(jié)

山洪雨水情防洪自動監(jiān)測技術(shù)持續(xù)向智能化、微型化、高可靠方向迭代，傳感技術(shù)、無線通信與邊緣計(jì)算的深度融合使傳統(tǒng)人工巡查模式得到補(bǔ)充。監(jiān)測設(shè)備在極端降雨與山洪突發(fā)過程中保持穩(wěn)定輸出，數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性與準(zhǔn)確性使山區(qū)防洪減災(zāi)的前置預(yù)判能力有所提升。隨著監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)密度不斷加大與算法模型持續(xù)優(yōu)化，自動監(jiān)測系統(tǒng)將在山洪災(zāi)害防御中發(fā)揮更突出作用，為保障山區(qū)群眾生命財(cái)產(chǎn)安全與流域防洪安全提供堅(jiān)實(shí)技術(shù)支撐。