2022年12月29日 河南黄河河务局数字孪生黄河 第一创新团队研发人员 收到一份特别的信 这是水利部党组书记、部长李国英的回信 为创新团队 持续攻关水下根石走失传感器关键技术 实现对河道工程险情的 全天候实时监测预警点赞 这项基于水下根石传感技术 的预警报警系统到底是什么? 今天 带您一起来了解 黄河河南段的特殊性 黄河之险,险在河南。河南地处黄河豆腐腰段,日常河段河道工程巡堤查险主要靠人工完成。但黄河河南段河道全长711公里,其中孟津以下464公里为设防河段,各类堤防总长858公里(含沁河)。 黄河河南省开封段黑岗口新华社记者郝源摄 如此长的堤防工程,巡堤查险是河南黄河河务局(以下简称河南局)日常工作极为重要的一部分。 2021年,黄河中下游发生历史罕见的特大秋汛,仅河南河段河道工程巡坝查险人员就达14000多人,24小时不间断巡查,历时40多天,耗费了大量人力物力。 面对河段巡查任务重,人工巡堤成本高、效率低,时效性和准确性有待提高,水下险情无法提前掌握等困境,2007年起,河南局同清华大学等学术科研单位合作,试图利用现代化技术,实现河道工程险情的自动化预警预报。 在全长711公里的河道内,目前险工、控导工程有183处,对于多泥沙、河势游荡的河南段来说,对险工和控导工程出险实现提前预警预判,是确保防汛工作稳步开展的关键。 这其中,首要攻克的就是水下根石走失传感器这项技术。 水下根石走失传感器是什么? 控导工程示意图图片源自中国防汛抗旱 对于控导工程来说,根石就是坝体基础。一旦根石走失,就容易造成坦石滑动,坝体基础就会失去稳定,甚至出现坍塌。根石走失是目前河南段控导工程出现险情的主要原因。 根石坍塌险情示意图图片源自中国防汛抗旱 2019年,河南局成立技术攻关小组,开展坝岸监测系统实验,攻关水下根石走失传感器关键技术等难点问题。 经过上百次试验改良、迭代升级,创新团队研制出以仿真石头为载体的坝岸险情预警系统。 创新团队研发仿真石头 仿真石头其实就是预警系统的传感部分,里面嵌入了芯片和电池,当根石或坝坡发生位移变化或坍塌时监测系统就会发出报警。 根石走失监测系统 那仿真石头如何发挥作用呢? 第一步 将仿真石头塞进坦石空隙处或者置于根石中并放入枯水线以下,与根石融为一体,直接感知水下险情状态。 第二步 仿真石头通过实时监测根石走向、位移等信息,及时发现险情。 第三步 根据险情,系统快速预警、自动推送至有关部门,辅助人工查险,达到抢早、抢小的目的。 通过这三个步骤,实现对河道工程险情的24小时全天候实时监测预警。 在水下传感器和水上传感器通力配合下,当坦石发生位移或根石走失时,河道工程险情的自动化预警预报系统将通过专网通知视频监控系统进行录像抓拍,同步通知调度系统进行分级别的预警告警;同时通过公网将坦石坍塌的告警信息发送给用户,完成一次全周期的监测、研判、预警。 河道工程险情的自动化预警预报系统 自动化预警预报系统不仅解决了人工查险时效性差、容易漏报,系统投资大、管理不方便,无法对水下险情进行预警等问题,还实现了稳定可靠的在线监测预警告警和对水下根石坍塌的在线监测预警,同时系统结构简单、施工方便,建设和养护成本低。 实际运用效果如何? 2020年7月9日,黑岗口下延控导工程8坝发生险情。 9日6时,水下根石走失监测系统监测到8坝一断面根石发生不正常运动并对该现象做出可能出险的预警判断并且报警; 9日9时,8坝发生险情,监测系统再次根据根石不正常运动及时报警。 事实证明 系统能够准确做出预判 提前预警 目前,项目已在开封黑下延、柳园口,郑州马渡下延和马渡险工等工程投入使用。河道巡查人员根据手机短信或是PC端告警,可以随时掌握出险时间、坝岸地理信息、断面险情情况、视频查看和抓拍图片等,为及时有效的抢险工作提供了科学、有效的险情数据。 这是河南黄河河务局 数字孪生黄河第一创新团队的智慧结晶 也是河南局持续攻关 黄河险工及控导工程出险 提前预警预判这一世界性难题的成果 更是黄河水利人保护和治理黄河的决心体现 让我们一起为智慧的水利人点赞! 中国水事综合整理 专家支持丨王琴 审核丨陈锐 监制丨樊弋滋 责编、文案丨罗景月 校对丨王瑜王子月