河流行洪能力提升效果监测

防波堤 高度 降低 洪水 监测 隐蔽

目标

高频率的地表水位监测;藏于水下的隐蔽式监测点。

方案

使用专为Diver设计的监测管,固定于河床上,藏于水面以下。针对高频率监测需求,定期由潜水员更换Cera-Diver水位计。每年检查Diver的性能和准确性,保障数据质量。

结果

监测数据达到期望的精度,用于分析降低防波堤高度对增强行洪能力的效果。


笔直伸入瓦尔河的防波堤 (图片来源: https://beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat, Ruimte voor de Rivier)

“给河流以空间”项目

荷兰位于莱茵河、默兹河和斯凯尔特河三大河流交汇的三角洲地带,防洪是政府水主管部门最关切的问题之一。在荷兰的21世纪水管理规划中,一项名为“给河流以空间”的项目是核心项目之一。

该项目主要目的是给大江大河留出更多空间,从而增强河流的行洪能力,具体目标有三个:

  • 到2015年,莱茵河能够防御16000 m3/s的洪水;
  • 在提升安全保障能力的同时,改善河流地区的环境质量;
  • 河流获得的额外空间将能抵御气候变化可能带来的更大洪水,且这些空间能够永续存在。

该项目在三十多处地点实施了九类工程措施:降低洪泛平原、加深夏季河床位、蓄水、堤坝迁址、降低防波堤高度、建设疏水渠道、退田还海、 河流清障、堤坝加固.

降低防波堤高度示意图 (图片来源: https://beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat, Ruimte voor de Rivier)

如何监测降低防波堤高度带来的效果?

降低防波堤的高度是否真能起到降低洪水位的效果?针对这一问题,RijkswaterstaatDeltares决定在莱茵河与瓦尔河开展调查。他们委托范艾森仪器公司对河水位(相对于NAP平均海平面)进行监测,并进行数据的不确定性分析。

范艾森仪器公司选择了22个监测点位,每个点位布设一个Cera-Diver水位计——一款专为地表水位监测而设计的产品,可有效应对波浪和监测管内外水流给水位监测造成的干扰。

Cera-Diver水位计悬挂于固定在河床上的监测管(直径15cm的圆柱型钢管)内。监测管垂直插入河床5m深处,其露出河床的部分长约55cm。监测管口的高程(相对于NAP平均海平面)经过工程测量而获知。

22个监测点分成8个集群,每个集群配备一个Baro-Diver气压计。

Cera-Diver水位计被设置为平均采样法(Averaging sample method),每秒采样(测量)1次,每10分钟取平均值并记录下来。这样可以减少因潮位波动、船舶航行、温度变化等因素带来的干扰,从而获得准确的水位数据。

范艾森仪器公司还对数据进行了不确定性分析,分析因素包括:水密度、重力加速度、监测管口高程、气压、绝对压力、以及Cera-Diver和Baro-Diver之间的高程差。在完成不确定性分析的基础上,再按照Rijkswaterstaat的要求对河水位数据进行了分析和解释。

Cera-Diver安装于地表水监测点位 (图片来源: Rijkswaterstaat)

Diver水位计应用于地表水监测

虽然Diver水位计在地下水监测领域更加广为人知,然而其实从1990年代第一代产品生产出来后,Diver就已经在地表水监测领域得到应用。在“给河流以空间”项目中,Rijkswaterstaat之所以选择使用Diver进行河水位监测,就是因为传统的河流水位监测方式成本太高,而且不够灵活,而Diver的监测方式不仅成本低,而且足够灵活,其设备可以方便地挪动到不同地点,以便重复利用。实践证明,在水位变幅较小的地表水监测领域中,Diver是足够精确和稳定的。在很多其他的地表水监测项目中,Rijkswaterstaat也应用了大量的Diver。

Diver监测到的地表水位数据 (LD911.5-1, LD922-1 and LD922-2) vs 标准水文站监测的水位数据(Lobith, Nijmegen, Dodewaard, Tiel, Zaltbommel)