簡易雨量站升級改造工程實(shí)踐

王宇梅

（綏德縣水旱災(zāi)害防治中心,陜西 綏德 718000）

綏德縣位于陜西省北部, 地域東西寬50 km, 西北長51.8 km,屬黃土高原丘陵溝壑區(qū),全縣地勢由西北向東南傾斜,海拔608 m～1287 m,境內(nèi)溝壑縱橫,川塬相間。受氣象因素影響,降雨分布不均,暴雨天氣主要集中于6 月～9 月,歷時(shí)短,強(qiáng)度大,產(chǎn)流快,極易形成山洪災(zāi)害,災(zāi)損嚴(yán)重。為確保人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全,精準(zhǔn)掌握和判斷山洪情況,搶在山洪來臨之前發(fā)出預(yù)警信息尤為重要。2012 年山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目實(shí)施以來,綏德縣依托各類簡易監(jiān)測預(yù)警設(shè)施設(shè)備,千方百計(jì)擴(kuò)大監(jiān)測、預(yù)警覆蓋面,為轉(zhuǎn)移避險(xiǎn)贏得了主動權(quán)。本文就簡易雨量站智能化升級改造過程進(jìn)行淺析。

1 簡易雨量站運(yùn)行現(xiàn)狀

2012 年綏德縣山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目開始實(shí)施,累計(jì)安裝了618 套簡易雨量報(bào)警器,這些降雨量監(jiān)測預(yù)警設(shè)施設(shè)備在山洪災(zāi)害防御中發(fā)揮了顯著的作用。經(jīng)過2017 年“7.26”、2018 年“8.7”、2019 年“8.3”三次洪澇災(zāi)害,部分設(shè)備水毀,截止2021 年底,正常運(yùn)行的簡易雨量站234套,因水毀、設(shè)備老化、故障等原因,共有384 套簡易雨量站經(jīng)維護(hù)單位檢查測試后,確定無法維修或維修代價(jià)較大,達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。

2 簡易雨量站升級改造

2.1 升級改造必要性

山洪災(zāi)害是一種特殊洪水災(zāi)害類型,過度的暴雨侵襲導(dǎo)致山體土質(zhì)層抓控力減弱,形成了快速強(qiáng)大的地表徑流,誘發(fā)的急漲急落的溪河洪水。降雨強(qiáng)度、時(shí)長、流域特點(diǎn)、植被等因素都可以影響山洪的產(chǎn)生,由于這些因素的復(fù)雜性以及山洪本身的特殊性,山洪災(zāi)害的防治工作充滿了挑戰(zhàn)性。近年來,氣候異常,降雨時(shí)空分布不均,短歷時(shí)強(qiáng)降雨時(shí)有發(fā)生,并且有遞增趨勢。為保證已建成的山洪災(zāi)害防治非工程措施能夠穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行和長期發(fā)揮效益,保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全,提高監(jiān)測、預(yù)警能力已勢在必行。

1）設(shè)備大面積報(bào)廢,導(dǎo)致降雨量監(jiān)測覆蓋面大幅縮小,山洪災(zāi)害防治盲區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大,防御難度進(jìn)一步提高。

2）對原有簡易雨量站進(jìn)行升級改造,一方面可以擴(kuò)大降雨量監(jiān)測覆蓋面,另一方面可以充分利用簡易雨量站報(bào)廢后撤回的雨量筒,減少了投資,避免了國有資產(chǎn)的浪費(fèi)。

2.2 升級改造的目的

簡易雨量站升級改造是一個(gè)系統(tǒng)而又復(fù)雜的工程,應(yīng)該本著既切合實(shí)際又適當(dāng)超前整體規(guī)劃,分步實(shí)施的原則,使升級改造后的站點(diǎn)既能滿足當(dāng)前雨量監(jiān)測、預(yù)警業(yè)務(wù)的需要,又能滿足今后業(yè)務(wù)發(fā)展的需求,同時(shí)還要考慮改造資金的來源和實(shí)力,量力而行。

2.3 升級改造方案

簡易雨量站采用相對簡便的方法監(jiān)測降雨量,自帶監(jiān)測和報(bào)警功能,能及時(shí)向受威脅群眾傳播預(yù)警信號,一般由群眾進(jìn)行操作使用?，F(xiàn)狀的簡易雨量報(bào)警器由室外承雨器和室內(nèi)告警器兩部分組成。室外承雨器采用翻斗式雨量計(jì)采集降雨,通過承雨口收集雨水。室外承雨器采集到的雨量數(shù)據(jù)通過有線傳輸發(fā)送至室內(nèi)告警器。經(jīng)過近十年的運(yùn)行,簡易雨量站多半達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。2022 年3 月份開始,綏德縣陸續(xù)安排并進(jìn)行了簡易雨量站升級改造工作,涉及16 鎮(zhèn)100 個(gè)行政村,總投資17 萬元,主要針對山洪災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)和重點(diǎn)防治區(qū),共計(jì)升級改造100 套。升級改造將原有雨量筒改裝后增加無線通信模塊（Lora 通信模塊）和太陽能供電系統(tǒng),并調(diào)整了站點(diǎn)布設(shè),雨量監(jiān)測覆蓋面、信息化都有了極大提高,同時(shí)建成了數(shù)據(jù)匯集平臺,可遠(yuǎn)程查看降雨數(shù)據(jù),達(dá)到了預(yù)期目的。本次對簡易雨量站的升級改造從方案制定、產(chǎn)品對比選擇、設(shè)備改造到安裝調(diào)試完成共歷時(shí)2 個(gè)月。

2.4 升級改造過程

山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目實(shí)施過程中,在山洪災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)和防治區(qū)配置、安裝了大量的簡易監(jiān)測預(yù)警設(shè)備,包括簡易雨量報(bào)警器、簡易水位報(bào)警器等,而設(shè)備能否正常運(yùn)行和使用,是山洪災(zāi)害防御工作成功的關(guān)鍵。

1）站點(diǎn)布設(shè)。綜合考慮降雨分區(qū)、流域等因素,基于易于實(shí)施,堅(jiān)持危險(xiǎn)區(qū)優(yōu)先的原則,同時(shí)充分考慮通信、交通等運(yùn)行管理維護(hù)條件,在全縣16 鎮(zhèn)1 中心布設(shè)100 處。

2）雨量筒。簡易雨量站報(bào)廢后,雨量筒大多完好無損,本次升級改造充分利用了原有的雨量筒。

3）報(bào)警器。原報(bào)警器具有雨量統(tǒng)計(jì)功能,通過微處理器分析和判斷降雨數(shù)據(jù),達(dá)到臨界雨量發(fā)出聲、光、語音多種方式報(bào)警,警告群眾警惕可能暴發(fā)的山洪并開始組織轉(zhuǎn)移。本次升級改造將原報(bào)警器升級為4G 版物聯(lián)網(wǎng)報(bào)警器,該報(bào)警器采用LED 數(shù)碼萬年歷版本,既方便觀測雨量（當(dāng)日降雨量和年累計(jì)降雨量）,又可隨時(shí)查看日期、時(shí)間、溫度等信息,形成預(yù)警機(jī)制上的雙保險(xiǎn),同時(shí)縮短了預(yù)警信息傳遞流程,增加了應(yīng)對時(shí)間,深受廣大鎮(zhèn)村干部的喜愛。

4）數(shù)據(jù)收集。原雨量站雖具有數(shù)據(jù)存儲功能,但日常降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)只能依靠群眾人工觀測記錄。這次升級改造時(shí),在報(bào)警器內(nèi)置通信模塊,裝上4G 物聯(lián)網(wǎng)卡后具備自動雨量站功能,就是一臺微自動雨量站,降雨過程中每5 分鐘上傳一次當(dāng)前雨量數(shù)據(jù)至監(jiān)測平臺,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看、監(jiān)控各站點(diǎn)降雨數(shù)據(jù),并對降雨情況進(jìn)行分析。

5）供電系統(tǒng)。山洪災(zāi)害暴發(fā)常常導(dǎo)致通訊、供電的中斷,原雨量站采用電池低電壓報(bào)警,易出現(xiàn)電池漏液腐蝕,損壞報(bào)警器。本次改造,加裝了太陽能電池板,提高了續(xù)航能力。

6）預(yù)警指標(biāo)確定。簡易雨量站升級改造完成后,其報(bào)警器報(bào)警閾值的預(yù)設(shè),以山洪災(zāi)害調(diào)查評價(jià)中分析確定的預(yù)警指標(biāo)為依據(jù),并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整,使報(bào)警更準(zhǔn)確,更科學(xué)合理。

圖1 雨量站改造前后對比及監(jiān)測平臺圖

3 社會效益

我縣山洪災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)多（目前動態(tài)管理的危險(xiǎn)區(qū)有58 個(gè)）,防治區(qū)面積大,地形較復(fù)雜,局地小氣候特征明顯。雖然通過山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目建成了16 處自動雨水情監(jiān)測站點(diǎn),但仍有可能未捕捉到局部突發(fā)性暴雨。這次升級改造,采用“群測”方式,充分發(fā)揮簡易站點(diǎn)數(shù)量多、造價(jià)低的優(yōu)勢,彌補(bǔ)監(jiān)測站點(diǎn)密度不足的缺陷,使其成為自動監(jiān)測系統(tǒng)的有效補(bǔ)充和鏈接點(diǎn),以期組成相對完善的監(jiān)測站網(wǎng)。

經(jīng)過一個(gè)汛期的檢驗(yàn),簡易雨量站升級改造效益顯著,每次的降雨量數(shù)據(jù)能及時(shí)上傳至平臺,達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測水平,且降雨過程結(jié)束后,利用各站點(diǎn)雨量數(shù)據(jù)可對降雨情況進(jìn)行分析。同時(shí)升級改造進(jìn)一步擴(kuò)大了我縣雨量監(jiān)測覆蓋面,進(jìn)而大大提升了我縣降雨量監(jiān)測能力和水利信息化水平,為水旱災(zāi)害防御提供決策依據(jù),為保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全提供了技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

李國英部長明確指出,智慧水利對于水利高質(zhì)量發(fā)展具有很強(qiáng)的標(biāo)志性意義,強(qiáng)調(diào)智慧水利建設(shè)要先從水旱災(zāi)害防御開始。推進(jìn)水旱災(zāi)害防御信息化工作,以信息化驅(qū)動水旱災(zāi)害防御能力提升。依托山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目,加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警預(yù)報(bào)智能化建設(shè),提高監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)維和升級改造,努力探索建立災(zāi)害正在發(fā)生或即將發(fā)生時(shí)的災(zāi)害基層預(yù)警發(fā)布機(jī)制和渠道,重點(diǎn)做好災(zāi)害來臨前的社會動員,提升防災(zāi)減災(zāi)的主動性。下一步,綏德縣水防人將不斷加強(qiáng)鉆研學(xué)習(xí),提高業(yè)務(wù)水平和專業(yè)技能,充分借鑒本次升級改造的經(jīng)驗(yàn),對簡易水位站進(jìn)行升級改造,同時(shí)全力確保各類監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行在最佳狀態(tài),為山洪災(zāi)害防御提高更加準(zhǔn)確地雨水情數(shù)據(jù)。