简易雨量站升级改造工程实践

王宇梅

（绥德县水旱灾害防治中心,陕西 绥德 718000）

绥德县位于陕西省北部, 地域东西宽50 km, 西北长51.8 km,属黄土高原丘陵沟壑区,全县地势由西北向东南倾斜,海拔608 m～1287 m,境内沟壑纵横,川塬相间。受气象因素影响,降雨分布不均,暴雨天气主要集中于6 月～9 月,历时短,强度大,产流快,极易形成山洪灾害,灾损严重。为确保人民群众生命财产安全,精准掌握和判断山洪情况,抢在山洪来临之前发出预警信息尤为重要。2012 年山洪灾害防治非工程措施项目实施以来,绥德县依托各类简易监测预警设施设备,千方百计扩大监测、预警覆盖面,为转移避险贏得了主动权。本文就简易雨量站智能化升级改造过程进行浅析。

1 简易雨量站运行现状

2012 年绥德县山洪灾害防治非工程措施项目开始实施,累计安装了618 套简易雨量报警器,这些降雨量监测预警设施设备在山洪灾害防御中发挥了显著的作用。经过2017 年“7.26”、2018 年“8.7”、2019 年“8.3”三次洪涝灾害,部分设备水毁,截止2021 年底,正常运行的简易雨量站234套,因水毁、设备老化、故障等原因,共有384 套简易雨量站经维护单位检查测试后,确定无法维修或维修代价较大,达到报废标准。

2 简易雨量站升级改造

2.1 升级改造必要性

山洪灾害是一种特殊洪水灾害类型,过度的暴雨侵袭导致山体土质层抓控力减弱,形成了快速强大的地表径流,诱发的急涨急落的溪河洪水。降雨强度、时长、流域特点、植被等因素都可以影响山洪的产生,由于这些因素的复杂性以及山洪本身的特殊性,山洪灾害的防治工作充满了挑战性。近年来,气候异常,降雨时空分布不均,短历时强降雨时有发生,并且有递增趋势。为保证已建成的山洪灾害防治非工程措施能够稳定、高效、安全运行和长期发挥效益,保护人民群众生命财产安全,提高监测、预警能力已势在必行。

1）设备大面积报废,导致降雨量监测覆盖面大幅缩小,山洪灾害防治盲区进一步扩大,防御难度进一步提高。

2）对原有简易雨量站进行升级改造,一方面可以扩大降雨量监测覆盖面,另一方面可以充分利用简易雨量站报废后撤回的雨量筒,减少了投资,避免了国有资产的浪费。

2.2 升级改造的目的

简易雨量站升级改造是一个系统而又复杂的工程,应该本着既切合实际又适当超前整体规划,分步实施的原则,使升级改造后的站点既能满足当前雨量监测、预警业务的需要,又能满足今后业务发展的需求,同时还要考虑改造资金的来源和实力,量力而行。

2.3 升级改造方案

简易雨量站采用相对简便的方法监测降雨量,自带监测和报警功能,能及时向受威胁群众传播预警信号,一般由群众进行操作使用。现状的简易雨量报警器由室外承雨器和室内告警器两部分组成。室外承雨器采用翻斗式雨量计采集降雨,通过承雨口收集雨水。室外承雨器采集到的雨量数据通过有线传输发送至室内告警器。经过近十年的运行,简易雨量站多半达到报废标准。2022 年3 月份开始,绥德县陆续安排并进行了简易雨量站升级改造工作,涉及16 镇100 个行政村,总投资17 万元,主要针对山洪灾害危险区和重点防治区,共计升级改造100 套。升级改造将原有雨量筒改装后增加无线通信模块（Lora 通信模块）和太阳能供电系统,并调整了站点布设,雨量监测覆盖面、信息化都有了极大提高,同时建成了数据汇集平台,可远程查看降雨数据,达到了预期目的。本次对简易雨量站的升级改造从方案制定、产品对比选择、设备改造到安装调试完成共历时2 个月。

2.4 升级改造过程

山洪灾害防治非工程措施项目实施过程中,在山洪灾害危险区和防治区配置、安装了大量的简易监测预警设备,包括简易雨量报警器、简易水位报警器等,而设备能否正常运行和使用,是山洪灾害防御工作成功的关键。

1）站点布设。综合考虑降雨分区、流域等因素,基于易于实施,坚持危险区优先的原则,同时充分考虑通信、交通等运行管理维护条件,在全县16 镇1 中心布设100 处。

2）雨量筒。简易雨量站报废后,雨量筒大多完好无损,本次升级改造充分利用了原有的雨量筒。

3）报警器。原报警器具有雨量统计功能,通过微处理器分析和判断降雨数据,达到临界雨量发出声、光、语音多种方式报警,警告群众警惕可能暴发的山洪并开始组织转移。本次升级改造将原报警器升级为4G 版物联网报警器,该报警器采用LED 数码万年历版本,既方便观测雨量（当日降雨量和年累计降雨量）,又可随时查看日期、时间、温度等信息,形成预警机制上的双保险,同时缩短了预警信息传递流程,增加了应对时间,深受广大镇村干部的喜爱。

4）数据收集。原雨量站虽具有数据存储功能,但日常降雨监测数据只能依靠群众人工观测记录。这次升级改造时,在报警器内置通信模块,装上4G 物联网卡后具备自动雨量站功能,就是一台微自动雨量站,降雨过程中每5 分钟上传一次当前雨量数据至监测平台,可实现远程查看、监控各站点降雨数据,并对降雨情况进行分析。

5）供电系统。山洪灾害暴发常常导致通讯、供电的中断,原雨量站采用电池低电压报警,易出现电池漏液腐蚀,损坏报警器。本次改造,加装了太阳能电池板,提高了续航能力。

6）预警指标确定。简易雨量站升级改造完成后,其报警器报警阈值的预设,以山洪灾害调查评价中分析确定的预警指标为依据,并结合实际情况进行了调整,使报警更准确,更科学合理。

图1 雨量站改造前后对比及监测平台图

3 社会效益

我县山洪灾害危险区多（目前动态管理的危险区有58 个）,防治区面积大,地形较复杂,局地小气候特征明显。虽然通过山洪灾害防治非工程措施项目建成了16 处自动雨水情监测站点,但仍有可能未捕捉到局部突发性暴雨。这次升级改造,采用“群测”方式,充分发挥简易站点数量多、造价低的优势,弥补监测站点密度不足的缺陷,使其成为自动监测系统的有效补充和链接点,以期组成相对完善的监测站网。

经过一个汛期的检验,简易雨量站升级改造效益显著,每次的降雨量数据能及时上传至平台,达到实时监测水平,且降雨过程结束后,利用各站点雨量数据可对降雨情况进行分析。同时升级改造进一步扩大了我县雨量监测覆盖面,进而大大提升了我县降雨量监测能力和水利信息化水平,为水旱灾害防御提供决策依据,为保障人民群众生命财产安全提供了技术支撑。

4 结论

李国英部长明确指出,智慧水利对于水利高质量发展具有很强的标志性意义,强调智慧水利建设要先从水旱灾害防御开始。推进水旱灾害防御信息化工作,以信息化驱动水旱灾害防御能力提升。依托山洪灾害防治非工程措施项目,加强监测预警预报智能化建设,提高监测预警系统运维和升级改造,努力探索建立灾害正在发生或即将发生时的灾害基层预警发布机制和渠道,重点做好灾害来临前的社会动员,提升防灾减灾的主动性。下一步,绥德县水防人将不断加强钻研学习,提高业务水平和专业技能,充分借鉴本次升级改造的经验,对简易水位站进行升级改造,同时全力确保各类监测设备运行在最佳状态,为山洪灾害防御提高更加准确地雨水情数据。