简易水位报警器功能及技术指标及安装测试

(一)发展历程与技术现状

简易水位报警器是随着山洪灾害防治非工程措施项目建设而逐渐发展起来的,最初为简易水尺桩,可为木桩或混凝土桩型(图5-3),对于无条件建桩的监测站,选择离河边较近的固定建筑物或岩石上标注水位刻度,水位监测尺的刻度以方便监测员直接读数为设置原则,并根据各监测点实际情况,标注预警水位(图5-4)。根据各监测点实际情况,用防水耐用油漆醒目标注“警戒水位、转移水位、历史最高水位”等特征水位线或标识,这样既可观测水位,又可起到宣传和警示作用。

图5-3　混凝土桩水尺(梁学文摄)

图5-4　建筑物和岩石上的水尺(梁学文摄)

2013年以后,效仿简易雨量报警器,简易水位站也增加了报警功能,逐步发展成为了简易水位报警器,设备用于沿河村落河流(溪沟)控制断面附近水位监测报警,具有实时水位监测、预警水位(准备转移、立即转移)指标设定、报警以及报警数据查看等功能。当河流水位达到预警指标时,可通过声、光信号自动进行原位报警,同时通过无线和有线方式将预警信号传输至下游报警终端,通过声、光同步报警(图5-5)。

图5-5　广东省茂名市沿河安装的 简易水位报警器(严建华摄)

简易水位报警器水位监测和报警设备可一体化,进行原位报警;监测与报警设备也可分离,以实现上游监测、下游报警;既可对洪水上岸造成冲淹的灾害进行报警,也可对河道内活动、强行涉水过河等行为进行警示警告。根据其用途不同,简易水位报警器具有不同的应用模式,见表5-3。

相比于雨量报警,水位报警有以下独特的作用:

1.物理概念直接

对于当地群众而言,最为熟悉的指标是本地河流上涨幅度,采用水位预警指标物理概念相对直接。

表5-3　简易水位报警器应用模式

2.可靠性强

降雨发生、发展至产流、汇流、洪峰传播、成灾是一系列复杂的水文过程,采用雨量预警时,常常受到降雨预报不准确、水文模型不合理、人为活动等因素影响,而水位预警则省去了由雨转换为洪水的过程,可靠性要强很多。

3.适用范围广

山洪灾害常见的有支沟主沟汇流洪水顶托、山塘或小水库等工程调蓄、地下河或雪山融水、流木堵桥等情况,这种山洪体现在降雨和洪水没有直接的对应关系,只能采用水位进行预警,因此,水位预警在山洪灾害防御中有其独特的作用,适用范围较广。

但是,相比雨量预警,水位预警对应的响应时间较短。

(二)功能及技术指标

简易水位报警器由监测设施设备和报警器组成,组成单元可采用有线或无线方式连接。各部分功能与技术指标见表5-4与表5-5。

表5-4　简易水位报警器主要功能要求

表5-5　简易水位报警器主要技术指标

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(三)预警指标设置

临界水位是水位预警方式的核心参数,是指防灾对象上游具有代表性和指示性地点的水位;在该水位时,洪水从水位代表性地点演进至下游沿河村落、集镇、城镇以及工矿企业和基础设施等预警对象控制断面处,水位会到达成灾水位,可能会造成山洪灾害。一般下游防护对象成灾水位对应的上游监测站水位为立即转移水位,具体操作中,将立即转移水位降低一定幅度,以确保有足够的时间做好转移疏散的准备,此水位为准备转移水位。如在广东省简易水位报警器配置与安装中,设置了三个预警指标,分别为:警戒线＝成灾水位¯1m、准备转移线＝成灾水位¯0.5m、立刻转移线＝成灾水位。

使用水位上涨速率预警指标可在一定程度上解决依靠水位监测而导致的预警时间不足的问题。实际使用中,可以通过量测从警戒线至准备转移线水位上涨的时间代替上涨速率指标。如图5-6所示t0为警戒线上涨至准备转移水位线的时间,如t0不大于预设的上涨时间,则立即触发高一级的预警信号(立即转移)。

图5-6　洪水过程线

(四)布设与安装

简易水位报警器布设地点应考虑预警时效、影响区域、控制范围等因素综合确定,尽量在山洪沟河道出口、山塘坝前和人口居住区、工矿企业、学校等防护目标上游。可沿河流沿线,按10～20km的间距布设(图5-7)。

图5-7　水位报警器布设示意图

为防范河道内涨水、水利设施溃决涨水、人员强行涉水过河等引起的危险情况,可将简易水位报警器置于河道亲水空间,水库等蓄水建筑物排洪设施下游,河道束窄可能导致水位陡升的部位。

(五)保管与维护

(1)定期对仪器进行日常维护,检查简易水位报警器是否完好,简易水尺准备转移水位、立即转移水位等特征水位线和标识是否清晰。

(2)有报警装置的设备,应定期模拟水位上升,检查当达到设定预警指标时是否能及时报警。

(3)汛前应检查简易水位报警器周边环境,发现河流改道、堤防加高等导致成灾水位变化的因素,应及时报告上级单位。

(4)监测员应熟练掌握简易水位报警器的操作使用方法,并将操作使用说明卡张贴于室内报警器临近位置。

链接:广东省简易水位报警器建设

2013年以来,广东省结合山洪灾害调查评价项目,由广东省水文局和相关地市三防办在山洪灾害防治区山洪沟沿线开展了简易水位报警器安装建设,全省共配置安装5300余套。广东省配置的简易水位报警器由水位采集器和水位观测报警器两部分组成,采集器和报警器通过无线或有线通信连接。当采集器监测到超阈值水位时自动触发报警器启动(声、光)报警。

经当地防汛指挥机构、水文部门、村组及简易水位报警器制造商共同商议研究,总结出了简易水位报警器选址和安装要点:

(1)选择安装地点时应与邻近村民小组防汛负责人充分沟通,既要满足报警功能,又要防破坏和便于日常管理。安装站点在满足最大传输距离的条件下,尽量位于村组河道上游岸坡。

(2)安装地点的洪水水位要有代表性,能真实反映洪水状况,尽量选择河道顺直、河床稳定、水流集中、靠近河岸等地质坚硬的地点安装。

(3)简易水位报警器的成灾水位和历史最高洪水位要计算和测量准确,施工公司要按要求施工和配合做好水位测量等工作。

(4)简易水位报警器安装太阳能板要面向南方,报警探头要面向下游,立杆内电源线的长度可上下调整,报警喇叭方向要面向村庄。

(5)每个简易水位报警器安装完毕后,要进行报警测试,将探头浸入水中,检查室内、外报警器是能否发出警报。

(6)基础尺寸不小于40cm×40cm×100cm。立杆埋深为100cm以上,以确保立杆稳固。

资料来源:韶关、茂名市山洪灾害调查评价简易水位站建设项目技术总结报告.广东省水文局,2015