簡易雨量站升級改造工程實踐

王宇梅

（綏德縣水旱災害防治中心,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,全縣地勢由西北向東南傾斜,海拔608 m～1287 m,境內溝壑縱橫,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,歷時短,強度大,產流快,極易形成山洪災害,災損嚴重。為確保人民群眾生命財產安全,精準掌握和判斷山洪情況,搶在山洪來臨之前發出預警信息尤為重要。2012 年山洪災害防治非工程措施項目實施以來,綏德縣依托各類簡易監測預警設施設備,千方百計擴大監測、預警覆蓋面,為轉移避險贏得了主動權。本文就簡易雨量站智能化升級改造過程進行淺析。

1 簡易雨量站運行現狀

2012 年綏德縣山洪災害防治非工程措施項目開始實施,累計安裝了618 套簡易雨量報警器,這些降雨量監測預警設施設備在山洪災害防御中發揮了顯著的作用。經過2017 年“7.26”、2018 年“8.7”、2019 年“8.3”三次洪澇災害,部分設備水毀,截止2021 年底,正常運行的簡易雨量站234套,因水毀、設備老化、故障等原因,共有384 套簡易雨量站經維護單位檢查測試后,確定無法維修或維修代價較大,達到報廢標準。

2 簡易雨量站升級改造

2.1 升級改造必要性

山洪災害是一種特殊洪水災害類型,過度的暴雨侵襲導致山體土質層抓控力減弱,形成了快速強大的地表徑流,誘發的急漲急落的溪河洪水。降雨強度、時長、流域特點、植被等因素都可以影響山洪的產生,由于這些因素的復雜性以及山洪本身的特殊性,山洪災害的防治工作充滿了挑戰性。近年來,氣候異常,降雨時空分布不均,短歷時強降雨時有發生,并且有遞增趨勢。為保證已建成的山洪災害防治非工程措施能夠穩定、高效、安全運行和長期發揮效益,保護人民群眾生命財產安全,提高監測、預警能力已勢在必行。

1）設備大面積報廢,導致降雨量監測覆蓋面大幅縮小,山洪災害防治盲區進一步擴大,防御難度進一步提高。

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

2.2 升級改造的目的

簡易雨量站升級改造是一個系統而又復雜的工程,應該本著既切合實際又適當超前整體規劃,分步實施的原則,使升級改造后的站點既能滿足當前雨量監測、預警業務的需要,又能滿足今后業務發展的需求,同時還要考慮改造資金的來源和實力,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測降雨量,自帶監測和報警功能,能及時向受威脅群眾傳播預警信號,一般由群眾進行操作使用。現狀的簡易雨量報警器由室外承雨器和室內告警器兩部分組成。室外承雨器采用翻斗式雨量計采集降雨,通過承雨口收集雨水。室外承雨器采集到的雨量數據通過有線傳輸發送至室內告警器。經過近十年的運行,簡易雨量站多半達到報廢標準。2022 年3 月份開始,綏德縣陸續安排并進行了簡易雨量站升級改造工作,涉及16 鎮100 個行政村,總投資17 萬元,主要針對山洪災害危險區和重點防治區,共計升級改造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,并調整了站點布設,雨量監測覆蓋面、信息化都有了極大提高,同時建成了數據匯集平臺,可遠程查看降雨數據,達到了預期目的。本次對簡易雨量站的升級改造從方案制定、產品對比選擇、設備改造到安裝調試完成共歷時2 個月。

2.4 升級改造過程

山洪災害防治非工程措施項目實施過程中,在山洪災害危險區和防治區配置、安裝了大量的簡易監測預警設備,包括簡易雨量報警器、簡易水位報警器等,而設備能否正常運行和使用,是山洪災害防御工作成功的關鍵。

1）站點布設。綜合考慮降雨分區、流域等因素,基于易于實施,堅持危險區優先的原則,同時充分考慮通信、交通等運行管理維護條件,在全縣16 鎮1 中心布設100 處。

2）雨量筒。簡易雨量站報廢后,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）報警器。原報警器具有雨量統計功能,通過微處理器分析和判斷降雨數據,達到臨界雨量發出聲、光、語音多種方式報警,警告群眾警惕可能暴發的山洪并開始組織轉移。本次升級改造將原報警器升級為4G 版物聯網報警器,該報警器采用LED 數碼萬年歷版本,既方便觀測雨量（當日降雨量和年累計降雨量）,又可隨時查看日期、時間、溫度等信息,形成預警機制上的雙保險,同時縮短了預警信息傳遞流程,增加了應對時間,深受廣大鎮村干部的喜愛。

4）數據收集。原雨量站雖具有數據存儲功能,但日常降雨監測數據只能依靠群眾人工觀測記錄。這次升級改造時,在報警器內置通信模塊,裝上4G 物聯網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 分鐘上傳一次當前雨量數據至監測平臺,可實現遠程查看、監控各站點降雨數據,并對降雨情況進行分析。

5）供電系統。山洪災害暴發常常導致通訊、供電的中斷,原雨量站采用電池低電壓報警,易出現電池漏液腐蝕,損壞報警器。本次改造,加裝了太陽能電池板,提高了續航能力。

6）預警指標確定。簡易雨量站升級改造完成后,其報警器報警閾值的預設,以山洪災害調查評價中分析確定的預警指標為依據,并結合實際情況進行了調整,使報警更準確,更科學合理。

圖1 雨量站改造前后對比及監測平臺圖

3 社會效益

我縣山洪災害危險區多（目前動態管理的危險區有58 個）,防治區面積大,地形較復雜,局地小氣候特征明顯。雖然通過山洪災害防治非工程措施項目建成了16 處自動雨水情監測站點,但仍有可能未捕捉到局部突發性暴雨。這次升級改造,采用“群測”方式,充分發揮簡易站點數量多、造價低的優勢,彌補監測站點密度不足的缺陷,使其成為自動監測系統的有效補充和鏈接點,以期組成相對完善的監測站網。

經過一個汛期的檢驗,簡易雨量站升級改造效益顯著,每次的降雨量數據能及時上傳至平臺,達到實時監測水平,且降雨過程結束后,利用各站點雨量數據可對降雨情況進行分析。同時升級改造進一步擴大了我縣雨量監測覆蓋面,進而大大提升了我縣降雨量監測能力和水利信息化水平,為水旱災害防御提供決策依據,為保障人民群眾生命財產安全提供了技術支撐。

4 結論

李國英部長明確指出,智慧水利對于水利高質量發展具有很強的標志性意義,強調智慧水利建設要先從水旱災害防御開始。推進水旱災害防御信息化工作,以信息化驅動水旱災害防御能力提升。依托山洪災害防治非工程措施項目,加強監測預警預報智能化建設,提高監測預警系統運維和升級改造,努力探索建立災害正在發生或即將發生時的災害基層預警發布機制和渠道,重點做好災害來臨前的社會動員,提升防災減災的主動性。下一步,綏德縣水防人將不斷加強鉆研學習,提高業務水平和專業技能,充分借鑒本次升級改造的經驗,對簡易水位站進行升級改造,同時全力確保各類監測設備運行在最佳狀態,為山洪災害防御提高更加準確地雨水情數據。