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府谷县主要河流视频一体化监测预警站建设方案

2024-10-07 109 上传者：管理员

摘要：为了提高府谷县主要河流监测预警能力，基于府谷县社会经济及河流降雨特征，在分析防汛预警存在问题的基础上，根据府谷县主要河流分布及重要保护对象情况，对布局在黄河等主要河流、支流及沿河重点城镇处的20处雷达水位监测和视频监视、图像识别流量监测站建设方案进行了探讨，提出采用雷达水位与水位视频识别摄像头一体化的监测预警站，可全面提高府谷县河道洪水监测的分析研判水平和预报预警保障能力，为类似区域监测预警能力建设提供了借鉴。

关键词：
主要河流
府谷县
视频监测
防汛预警
预警系统
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地处黄河中流上游的府谷县，境内河流较多，其中1km以上的沟道有1245条，50～100km2流域面积的河流有6条，是陕西省暴雨洪水多发区[1]。为了提高防汛预警水平，就需对主要河流的监测预警建设方案进行分析。

1、概况

隶属陕西省榆林市的府谷县，地处内蒙古高原与陕北黄土高原东北部的接壤地带，人口为255397人。县境内降水分布不均，地域上总体呈由西北向东南递减的趋势，中部降水稍多，多年平均降水量为435.5mm,且多以暴雨形式降落[2]。境内一级河流有黄河；四级河流有皇甫川、孤山川、脖牛川；五级河流有十里长川、清水川、石马川、胡桥沟、大板兔沟、永兴沟；六级河流有阳湾川、地界川、木瓜川、红寺沟及黄羊城沟。境内各级支流洪水主要源于流域性强降雨，受降水特征和地形特点影响，洪水特点为洪峰尖瘦、陡涨陡落、强度大、洪峰高、历史短、含沙量大。

2、防汛预警存在问题

目前，府谷县境内主要河流的监测站网存在着建设相对滞后、站点密度不足、布局不尽合理、设备配套不齐、预报手段单一等问题。更主要的是，各个站点隶属不同，在测验数据共享方面，受限于不同的设备、平台以及传输方式，数据共享困难，实效性差。在水位、流量的自动化监测仍面临一些痛点，主要为：①枯水期受河床摆动等环境因素影响较大，往往一次洪水后主河槽的改变导致原有设备无法正常监测；②洪水期测验困难、安全性差、测验精度低；③测验成本较高，需配合各种土建工程、仪器设备进行测验；④设备安装复杂、施测和维护的成本均较高；⑤测验周期较长，全量程测验设备类型多，测量结果不能直观展现等。

迫切需要建设一套布局合理、运行可靠的主要河流重点段监测站网，及时准确地为政府决策部门及水利主管部门提供县内主要河流水情和洪水预警预报信息，提升境内河流综合治理能力。

3、建设方案分析

3.1 建设标准

立足府谷县河道地形地貌实际，以国家、地方相关法规、技术标准规范的要求为前提，秉承安全可靠、节俭实用、便于扩展和管理维护、易操作的原则进行建设，确保管理单位人员迅速上手，能处理日常的设备巡查、简单的故障排除与备件更换、系统的日常管理等操作。并且具有一定的自检和报警功能，可及时发现故障，请求快速维护。

3.2 站点布设

根据府谷县主要河流分布及重要保护对象情况，按照全面覆盖、重点保护、入境监测、预警充分的原则，规划在黄河、皇甫川、清水川、孤山川、十里长川、石马川、悖牛川、新城川、阳湾川、大板兔川、大昌汗川和木瓜川12条主要河流及沿河重点城镇处，建设20处雷达水位监测和视频监视、图像识别流量监测站，实现远程在线河道洪水一体化监测，全面提升府谷县河道洪水监测预警能力和可靠性。具体布设方案见表1。

表1府谷县视频监测预警站布设方案表

3.3 监测方案

府谷县主要河流重点段水位视频一体化监测预警系统站点，采用雷达水位结合水位视频识别摄像头的方式建设。在重点河段监测断面岸边处建设设备支架，支架上同时安装雷达水位计和水位视频识别摄像头，根据河道地形、断面形状、河岸地貌、历史洪水位的不同，确定不同的支架高度和安装角度。支架防洪标准不低于岸边堤防的防洪标准，对于岸堤防洪标准较低的，可采用抬高支架混凝土基础的方式提升防洪标准[3]。

测验河段除黄河外均为季节性河流，径流量变化与降水量分布趋于一致，汛期主要集中在6～9月，其余时间为枯水期，且河床以黄土泥沙为主，部分河道较宽，枯水期主流较小，易于改道，适用于不同时期的监测方案为：

1)枯水期：

以视频水位识别为主，主流靠近岸边的，雷达水位计可进行补充监测，主流离岸边较远的，雷达水位计无法监测，以视频水位识别作为主要监测手段。

2)洪水期：

洪水期径流大，水位涨幅高，泥沙含量大且伴随浪涌，水尺读取困难，主河槽往往全部行洪，以雷达水位计作为主要监测手段，视频水位识别作为补充监测和河道水情实时监视手段。通过历史水位——流量曲线，可根据水位推算监测断面过水流量，及时发布预警预报。水位视频一体化监测预警系统的优势与劣势见表2。

表2监测方法优势劣势对比表

3.4 基础设施

水位视频一体化监测预警系统对基础设施建设的要求较低，只需要建设一处立杆支架，即可搭载全部设备，在基础牢固的地面可采用地脚螺栓加法兰盘的方式竖立，在基础不牢固的地面也仅需1m见方的混凝土基础浇筑，基础深度一般1m即可满足要求，对部分土质松软，防洪标准较低的布设点，可采用基础加深加高的方式来确保设施设备安全、提高防洪标准。对有防雷需要的布设点，可在立杆支架上方竖立避雷针，做接地引线处理。水尺采用阶梯式布置，满足河道水位量程和视频摄像头观测范围，在水尺无法布置的河道，可选用参照物测量相对高程，配置虚拟水尺。

3.5 设备选择

水位视频一体化监测预警系统监测设备由水位识别摄像机、雷达水位计、蓄电池、太阳能充电板组成，依据项目需求，主要硬件设备的参数应满足或优于以下设备参数。

3.5.1 水位识别摄像机

水位视频识别主设备，为智能球形摄像机，内置水尺读取智能算法，自动读取标准水位尺，获得水位数据。像素不低于400万，多倍变焦，水尺测量距离≤100m,测量落差0～40m,分辨力1cm米，检测精度±2cm。支持自动转动巡航和远程控制，支持矮桩式水尺自动水位识别，支持多场景识别，数据传输符合《SL 651-2014水文监测数据通信规约》[4],最低照度：彩色：0.0004 Lux @(F1.6,AGC ON),黑白：0.0001 Lux @(F1.6,AGC ON),0 Lux with IR ;宽动态：数字宽动态；光学变倍：35倍；焦距：5.9～206.5mm;补光灯类型：混合补光；红外照射距离：250m;防补光过曝：支持；水平范围：360°;垂直范围：-20°～90°(自动翻转);工作温湿度：-40℃～70℃;湿度<95%。

3.5.2 雷达水位计

水位监测主设备，为非接触式雷达水位计，采用脉冲雷达技术对水位进行测量，不受水面杂物影响，测量时发射天线发射雷达脉冲信号到水面，水面反射信号后被接收天线检测，利用发射与接收的延迟时间测量水面高程，测量范围：0.8-35m;测量精度：±3mm;测量时间：20s-30s;工作温湿度：-40℃～85℃;0%～100%。

3.5.3 蓄电池

12V200ah免维护蓄电池，为水位识别摄像机和雷达水位计供电，输出电压：12V;电池容量：200ah;循环充放电次数≥800次；自放电<3%/月，工作温湿：-40℃～70℃。

3.5.4 太阳能充电板

单晶硅太阳能充电板，为蓄电池充电，峰值功率：200W±3%;开路电压：24.6V±3%;工作电压：20.6V±3%;短路电流：10.3A±3%;工作电流：9.71A±3%。防水等级：IP68。

3.6 通信网络

府谷县主要河流重点段水位视频一体化监测预警系统采用多点接入，一点汇集的通信传输模式。整个网络构架由接入层、汇聚层两部分组成。接入层通过数据接口接入，传输上报雷达水位信息、视频识别信息和视频画面[5]。汇聚层提供二级接入功能，为系统管理单位服务器或办公电脑，配置系统综合管理平台或通过网络接入云平台，支持远程控制智能摄像机、查询、存储测验数据及视频画面。

3.7 应用平台

水位视频一体化监测预警系统应用平台为整个系统的核心单元，主要实现对前端设备的数据、图片和视频等信息的接收、存储、分析和展示等。配置于系统管理单位的服务器、办公电脑，或采用通过网络接入云平台的形式实现。平台具有数据管理、数据查询、电子地图、最新水情、实时报警、报警查询等数据管理功能，同时具备视频浏览、前端控制、录像查看、事件管理、存档管理、报警联动、权限管理、警戒管理等安防监控功能，可通过手机登录固定地址或APP实现随时随地的查询与管理。

平台通过视频采集、热成像感知、物联数据采集、标准行业设备接入以及视频智能分析能力，

通过智能视频水位计实现对水位的读取，或通过水位传感器实时监测水位，并接入雨量计，实现水雨情监测，为防汛抗旱，水资源调度提供服务。同时，通过对水位、雨量数据进行实时监测，实现超限预警，防患于未然。

4、结语

经过分析探讨，规划在府谷县主要河流、支流及沿河重点城镇处建设的20处水位视频一体化监测预警系统，采用采用雷达水位结合水位视频识别摄像头的方式建设，具有成本小，自动化程度高，简单高效，测验结果可追溯，现场情况直观等优势。工程建设完成后，将实现府谷县境内主要河流重点段水位的全年常态化自动监测，为府谷县防洪减灾、洪水调度、水资源管理、水生态保护提供准确及时的数据支持，为水旱灾害防御指挥提供可靠的决策依据。

参考文献:

[1]袁文科.府沟坡之间:明清以来黄河大北干流地区的环境与社会[D].太原:山西大学,2023.

[2]党群.陕北地区明代自然灾害时空特征､原因与影响研究[D].西安:陕西师范大学,2022.

[3]沈德飞,彭新宣.水位观测设施建设方案设计[J].建设科技,2020(17):98-100,107.

[4]牛智星,嵇海祥,崔彦萍,等.水文监测数据统一接收软件设计与应用[J].水利技术监督,2022(02):43-45,122.

[5]邓辉.基于物联网+大数据的智慧高速运营管理平台[J].中国交通信息化,2023(S1):188-122.

文章来源:孙秀珍.府谷县主要河流视频一体化监测预警站建设方案[J].黑龙江水利科技,2024,52(09):93-96.