水位自动测报系统在河道险情中的应用

□王 彬（洛阳市水务局防汛通讯站）

水位自动测报系统在河道险情中的应用

□王 彬（洛阳市水务局防汛通讯站）

河道水位自动监测系统适用于远程监测自然河流、人工运河、景观河道等的实时水位状况，采用GPRS/CDMA通信时，支持远程拍照；采用光纤/ADSL通信时，支持实时视频监控。通过在河道中建设水位自动记录和超警戒水位报警设备，利用高清摄像头将水位变化数据实时收集并储存在电脑中，当发生险情时触发开关将信号传递给电脑并触发音箱报警，对及时发现险情具有重大意义。文章对水位自动测报系统的建设背景、系统进行详细介绍，并探讨该系统在河道险情中的应用。

水位；自动记录；超警戒水位；报警

1 水位自动测报系统建设背景

1.1 我国洪涝灾情

在社会经济飞速发展的今天，水在人们的日常生活和生产中起着越来越重要的作用，一旦断了水，轻则给人们生活带来不便，重则可能造成生产事故。水所发挥的巨大作用不可否认，但是洪涝灾害也会给人们带来巨大的生命和财产损失。我国幅员辽阔，地形复杂，季风气候显著，是世界上水灾频发且影响范围较广泛的国家之一。我国暴雨洪涝灾害灾情的记载年代很久远，《中国历史大洪水》一书整理了我国1482-1985年共504年中91场特大洪水。中科学减灾中心的暴雨洪涝灾情库统计有1953-1992年共40年多次大暴雨的灾情。全国约有35%的耕地、40%的人口和70%的工农业生产经常受到江河洪水的威胁，并且因洪水灾害所造成的财产损失居各种灾害之首。河南省发生过多次洪水灾害，且受损巨大，如：1996年8月暴雨洪涝灾害，全省耕地受灾面积66.50万hm2，549.54万人受灾；1998年6月暴雨洪涝灾害， 全省耕地受灾面积31.30万hm2，817万人受灾。

洪水灾害的形成受气候、下垫面等自然因素与人类活动因素的影响。洪水可分为河流洪水、湖泊洪水和风暴潮洪水等。暴雨洪水是最常见的威胁最大的洪水，它是由较大强度的降雨形成的，简称雨洪。山洪是山区溪沟中发生的暴涨暴落的洪水。由于山区地面和河床坡降都较陡，降雨后产流和汇流都较快，形成急剧涨落的洪峰，所以山洪具有突发性强、水量集中、破坏力强等特点，但灾害波及范围较小。在人类的历史上洪水灾害每年都会发生，所导致的人、财、物的损失不计其数，这自然灾害，虽然无法避免，但是可以预防。

1.2 原有设备存在不足

我国领土广阔，地理环境复杂、地区经济发展不平衡等原因，导致水位测量工作仍旧存在一些困难。大型发电站的水位测量技术相对先进一些，但是一般的报汛站和水文监测站的水位测量技术仍处于比较落后的状态，如：水文监测站测洪能力不适应测大洪水的要求、水位测量自动化程度低等不足，导致防洪不到位而猝不及防。

上游水库或橡胶坝放水时通常会及时通知下游河道管理部门，但是在出现山洪、突发大暴雨等情况时，下游的值班人员往往很难及时发现河道水位已经上涨，尤其是晚上值班人员睡觉时出现意外更是无法及时发现。且河道中设置的水尺必须通过值班人员定时检查，才能获取水位数据，通过分析水位数据进一步获知流量数据，因此值班人员的疏忽或数据采集的时间都可能影响着水位数据的准确性。

我国大部分报汛站水位的测量主要使用浮子式自动水位计、非接触式气介水位计，采用测井法测量。由于江河泥沙的淤积，每年用于清理测井管泥沙的费用达数千万元。水位监测精度偏低，影响了调洪演算时水量的平衡，以致不能很好地兼顾防洪渡汛和蓄水兴利，所以开发一种性能稳定可靠，不受地理环境、气候条件、交通等因素的影响，并能及时准确、自动测量水位的系统具有十分重要的实际意义。

2 水位自动测报系统介绍

2.1 设备功能

为了避免各类事故的发生，在河道中建设水位自动记录和超警戒水位报警装置是很有必要的，这种设备利用高清摄像头可将水位变化数据及时收集并储存在电脑中，当发生险情时触发开关将信号传递给电脑并触发音箱报警，方便值班人员及时发现险情。

水位自动测报系统属于应用现代通信、计算机技术，完成水位数据的实时采集、传输、处理应用的信息系统，属于非工程性防汛措施，它能将某一流域或区域内的水文气象、水资源信息在短时间内传递至决策机构，以便进行洪水预报和水资源优化调度，减少水害损失，提高水资源的利用率，可以产生巨大的社会效益和经济效益。

河道水位自动监测系统适用于远程监测自然河流、人工运河、景观河道等的实时水位状况，采用GPRS/CDMA通信时，支持远程拍照；采用光纤/ADSL通信时，支持实时视频监控。河道水位自动监测系统在及时掌握主要流域、重点断面、城市内河的水源变化情况并及时预警洪涝事故、避免人员和经济损失等方面有着重要意义。

2.2 工作原理

水位自动记录和超警戒水位报警装置，包括水位尺、方块浮球、触发开关、高清摄像头、电池既四G信号发射箱、四G信号接收器、电脑、控制模块和音箱等，方块浮球中部设置的套孔套在水位尺上，方块浮球前部的孔内设有对应刻度数字的高清摄像头，摄像头通过视频数据线连接水位尺上端电池既四G信号发射箱内的处理器；在水位尺上部一侧的侧板下部设有触发开关，触发开关通过数据线连接电池既四G信号发射箱内的处理器；处理器将视频数据和报警数据压缩并转换成数字信号后通过四G无线网络传输信号给值班室电脑的信号处理器DSP，电脑的控制模块将视频数据储存；或将报警数据通过连接电脑的音箱发出警示音。

河道水位自动记录和超警戒水位报警装置，在高清摄像头上设有照射刻度数字的灯，在电池既四G信号发射箱内设有锂电池和处理器，四G无线网络为移动四G无线网络或联通四G无线网络，在水位尺的由上至下设有刻度数字和正、反“E”刻度。方块浮球的中部由上至下设有套孔，套孔套在水位尺上，套孔内壁与水位尺的外缘间隙配合；在方块浮球的前部设有凸起面，孔贯通凸起面和套孔，高清摄像头设置在孔内，在孔的内外端分别设有玻璃。详见图1。

图1 超警戒水位报警设备结构总图

2.3 操作方法

具体使用时，首先将水位尺的下端固定在河道中，为了防范方块浮球内的高清摄像头受到水淹，孔内外端的玻璃可以保护所述高清摄像头，方块浮球处于水位尺的外缘并随着水位高低上下漂动，同步方块浮球内的高清摄像头时时获取水位变化数据，由高清摄像头采集的数据通过电池既四G信号发射箱内的处理器压缩成数字信号传递给值班室内的电脑（通常值班室内有人值班），接收数据后电脑内的控制模块将数据储存，视频数据需要设置同步时间，以便分析视频数据时知道某一时间段的准确数据；本发明可以获取人工无法完成的实时数据，尤其是突发涨水情况时能够及时提醒值班人员，对于涨水时减少各类事故的发生具有十分重要的意义。

3 水位自动测报系统在河道险情中的应用

2016年7月19日8时至20日8时，洛阳市普降大到暴雨，其中新安县铁门镇上游平均降雨量71.30 mm，点最大降雨量119.00 mm；宜阳县柳泉镇水兑村上游平均降雨量50.60 mm，点最大降雨量100.50 mm。此次大范围的强降雨，直接导致新安县的铁门水文站和宜阳县的水兑水文站水位急速上涨，铁门水文站最高水位316.41 m，最低水位315.28 m，最大水位变幅1.13 m；水兑水文站最高水位217.65 m，最低水位216.44 m，最大水位变幅1.21 m。详见表1。

表1 水位变化情况统计表

水位自动记录和超警戒水位报警装置在这次涨水过程中发挥了重要作用，当某个水文站的水位变化过快时，由高清摄像头采集的数据通过电池既四G信号发射箱内的处理器压缩成数字信号传递给值班室内的电脑，并通过音箱发出报警声音，引起值班人员的注意，使值班人员及早知道这个水文站发生了险情，以便及时联系当地防汛部门，及早采取有效措施，提前通知当地群众，让群众远离河道，不要在河边活动，尽量减少事故的发生，使暴雨引发的洪涝灾害降到最低，以达到防汛的目的。

4 结语

汛期因大暴雨导致的河道水位快速上涨而发生的险情时有发生，尤其是在晚上不知道上游发生大暴雨的情况下，设立水位自动记录和超警戒水位报警装置对于防汛是很有必要的。笔者对河道水位自动记录和超警戒水位报警装置进行了深入的研究与探讨，平时的河道水位自动记录就是一项非常难做的事情，只有有了平时采集的数据才能对河道的水位进行正确的评估，而超警戒水位的防范工作也是来自与平时的积累，为了能对河道的水位自动记录和超警戒水位后及时报警是所有相关工作人员的责任，应将其列入到日常巡视的工作中，并有序地开展工作。

编辑：刘 青

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：1673-8853（2017）02-0017-03

2016年12月13日