Zintegrowany system monitorowania powodzi i wczesnego ostrzegania w dorzeczu rzeki Chao Phraya w Azji Południowo-Wschodniej

Tło projektu

Azja Południowo-Wschodnia, charakteryzująca się tropikalnym klimatem monsunowym, co roku w porze deszczowej jest narażona na poważne zagrożenia powodziowe. Na przykładzie dorzecza rzeki Menam w reprezentatywnym kraju, dorzecze to przepływa przez najgęściej zaludnioną i najbardziej rozwiniętą gospodarczo stolicę kraju oraz okoliczne regiony. Historycznie, wzajemne oddziaływanie nagłych ulewnych deszczy, szybkiego spływu wód z górnych obszarów górskich oraz podtopień miejskich sprawiało, że tradycyjne, manualne i oparte na doświadczeniu metody monitoringu hydrologicznego były niewystarczające, często prowadząc do przedwczesnych ostrzeżeń, znacznych szkód materialnych, a nawet ofiar śmiertelnych.

Aby odejść od tego reaktywnego podejścia, krajowy departament zasobów wodnych, we współpracy z partnerami międzynarodowymi, uruchomił projekt „Zintegrowany system monitorowania powodzi i wczesnego ostrzegania dla dorzecza rzeki Chao Phraya”. Celem było stworzenie nowoczesnego, dokładnego i wydajnego systemu kontroli powodzi w czasie rzeczywistym, wykorzystującego internet rzeczy (IoT), technologię czujników i analizę danych.

Główne technologie i zastosowania czujników

System integruje różne zaawansowane czujniki, tworząc „oczy i uszy” warstwy percepcyjnej.

1. Deszczomierz z wiadrem przechylnym – „strażnik pierwszej linii” w przypadku źródeł powodzi

• Miejsca rozmieszczenia: Szeroko rozpowszechnione na terenach górskich położonych w górnym biegu rzek, w rezerwatach leśnych, zbiornikach średniej wielkości i kluczowych obszarach zlewni na peryferiach miast.
• Funkcja i rola:
  • Monitorowanie opadów w czasie rzeczywistym: Gromadzi dane o opadach co minutę z dokładnością do 0,1 mm. Dane są przesyłane w czasie rzeczywistym do centralnego centrum sterowania za pośrednictwem GPRS/4G/komunikacji satelitarnej.
  • Ostrzeżenie przed burzą: Gdy deszczomierz zarejestruje wyjątkowo intensywne opady deszczu w krótkim czasie (np. ponad 50 mm w ciągu godziny), system automatycznie uruchamia początkowy alert, sygnalizując ryzyko wystąpienia gwałtownych powodzi lub gwałtownego spływu wody w danym obszarze.
  • Fuzja danych: Dane dotyczące opadów deszczu stanowią jeden z najważniejszych parametrów wejściowych dla modeli hydrologicznych, wykorzystywanych do przewidywania objętości wód odpływających do rzek oraz czasu nadejścia szczytów powodziowych.

2. Radarowy miernik przepływu – „monitor pulsu” rzeki

• Miejsca rozmieszczenia: Instalacje znajdują się na wszystkich głównych korytach rzek, w kluczowych miejscach ujścia dopływów, poniżej zbiorników wodnych oraz na newralgicznych mostach lub wieżach przy wejściach do miast.
• Funkcja i rola:
  • Bezkontaktowy pomiar prędkości: Wykorzystuje zasadę odbicia fali radarowej do dokładnego pomiaru prędkości wody powierzchniowej, na którą nie ma wpływu jakość wody ani zawartość osadów, a także wymaga niewielkiej konserwacji.
  • Pomiar poziomu wody i przekroju poprzecznego: W połączeniu z wbudowanymi czujnikami ciśnienia lub ultradźwiękowymi wskaźnikami poziomu wody, urządzenie uzyskuje dane o poziomie wody w czasie rzeczywistym. Wykorzystując wstępnie wgrane dane topografii przekroju poprzecznego koryta rzeki, urządzenie oblicza natężenie przepływu w czasie rzeczywistym (m³/s).
  • Wskaźnik ostrzegawczy: Przepływ jest najbardziej bezpośrednim wskaźnikiem określającym wielkość powodzi. Gdy przepływ monitorowany przez radar przekroczy ustalone progi ostrzegawcze lub niebezpieczne, system uruchamia alerty na różnych poziomach, dając cenny czas na ewakuację mieszkańców w dolnym biegu rzeki.

3. Czujnik przemieszczenia – „Strażnik bezpieczeństwa” infrastruktury

• Miejsca wdrożenia: krytyczne wały przeciwpowodziowe, zapory przeciwpowodziowe, skarpy i brzegi rzek narażone na zagrożenia geotechniczne.
• Funkcja i rola:
  • Monitorowanie stanu konstrukcji: Wykorzystuje czujniki przemieszczeń GNSS (Global Navigation Satellite System) oraz inklinometry w celu ciągłego monitorowania przemieszczeń, osiadania i nachylenia wałów i zboczy na poziomie milimetrów.
  • Ostrzeżenie o awarii zapory/przerwaniu: Podczas powodzi rosnący poziom wody wywiera ogromne ciśnienie na konstrukcje hydrotechniczne. Czujniki przemieszczeń mogą wykryć wczesne, subtelne oznaki niestabilności konstrukcji. Jeśli tempo zmian przemieszczeń nagle przyspieszy, system natychmiast emituje ostrzeżenie o zagrożeniu bezpieczeństwa konstrukcji, zapobiegając katastrofalnym powodziom spowodowanym awariami inżynieryjnymi.

Przepływ pracy systemu i osiągnięte rezultaty

1. Gromadzenie i przesyłanie danych: setki węzłów czujnikowych w całym zbiorniku zbierają dane co 5–10 minut i przesyłają je w pakietach do centrum danych w chmurze za pośrednictwem sieci IoT.
2. Fuzja danych i analiza modeli: Platforma centralna odbiera i integruje dane z wielu źródeł, pochodzące z deszczomierzy, radarowych przepływomierzy i czujników przemieszczenia. Dane te są wprowadzane do skalibrowanego, sprzężonego modelu hydrometeorologicznego i hydraulicznego, który umożliwia symulację i prognozowanie powodzi w czasie rzeczywistym.
3. Inteligentne wczesne ostrzeganie i wspomaganie decyzji:
   • Scenariusz 1: Deszczomierze w górach powyżej rzeki wykrywają silną burzę; model natychmiast przewiduje, że szczyt powodziowy przekraczający poziom ostrzegawczy dotrze do miasta A w ciągu 3 godzin. System automatycznie wysyła ostrzeżenie do wydziału zapobiegania klęskom żywiołowym w mieście A.
   • Scenariusz 2: Radarowy miernik przepływu na rzece przepływającej przez miasto B wykazuje gwałtowny wzrost przepływu w ciągu godziny, a poziom wody jest bliski przekroczenia wału przeciwpowodziowego. System uruchamia czerwony alarm i wydaje pilne nakazy ewakuacji mieszkańcom nadrzecza za pośrednictwem aplikacji mobilnych, mediów społecznościowych i komunikatów alarmowych.
   • Scenariusz 3: Czujniki przemieszczeń na starym odcinku wału przeciwpowodziowego w punkcie C wykrywają nietypowe ruchy, co powoduje, że system sygnalizuje ryzyko zawalenia. Centrum dowodzenia może natychmiast wysłać ekipy inżynieryjne po posiłki i wstępnie ewakuować mieszkańców strefy zagrożenia.
4. Wyniki aplikacji:
   • Dłuższy czas oczekiwania na wydanie ostrzeżenia: W porównaniu z tradycyjnymi metodami, czas oczekiwania na wydanie ostrzeżenia o powodzi skrócił się z 2–4 godzin do 6–12 godzin.
   • Większa dokładność podejmowania decyzji naukowych: Modele naukowe bazujące na danych w czasie rzeczywistym zastąpiły niejasne osądy oparte na doświadczeniu, dzięki czemu decyzje dotyczące np. eksploatacji zbiornika czy aktywacji obszaru przekierowania powodzi stały się dokładniejsze.
   • Redukcja strat: W pierwszym sezonie powodziowym po uruchomieniu systemu udało się skutecznie poradzić sobie z dwoma dużymi powodziami, co pozwoliło na ograniczenie bezpośrednich strat gospodarczych o około 30% i wyeliminowanie ofiar śmiertelnych.
   • Lepsze zaangażowanie społeczeństwa: Dzięki publicznej aplikacji mobilnej obywatele mogą sprawdzać w czasie rzeczywistym informacje o opadach deszczu i poziomie wody w swojej okolicy, zwiększając w ten sposób świadomość społeczeństwa w zakresie zapobiegania katastrofom.

Wyzwania i perspektywy na przyszłość

• Wyzwania: Wysokie początkowe nakłady inwestycyjne na system; zasięg sieci komunikacyjnej na odległych obszarach pozostaje problematyczny; długoterminowa stabilność czujnika i odporność na wandalizm wymagają ciągłej konserwacji.
• Perspektywy na przyszłość: Plany obejmują wprowadzenie algorytmów sztucznej inteligencji w celu dalszej poprawy dokładności prognoz, integrację danych z teledetekcji satelitarnej w celu rozszerzenia zasięgu monitorowania oraz zbadanie głębszych powiązań z planowaniem urbanistycznym i systemami użytkowania wody w rolnictwie w celu zbudowania bardziej odpornego systemu zarządzania „inteligentnym dorzeczem rzeki”.

Streszczenie:
W niniejszym studium przypadku pokazano, jak synergiczne działanie deszczomierzy Tipping Bucket Rain Gauges (wykrywających źródło), radarowych przepływomierzy (monitorujących proces) i czujników przemieszczenia (zabezpieczających infrastrukturę) tworzy kompleksowy, wielowymiarowy system monitorowania powodzi i wczesnego ostrzegania – od „nieba” do „ziemi”, od „źródła” do „struktury”. To nie tylko przykład kierunku modernizacji technologii kontroli powodzi w Azji Południowo-Wschodniej, ale także cenne praktyczne doświadczenie w globalnym zarządzaniu powodziami w podobnych dorzeczach.

Kompletny zestaw serwerów i oprogramowania modułu bezprzewodowego, obsługuje RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN

prosimy o kontakt z Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

Strona internetowa firmy:www.hondetechco.com

Tel.: +86-15210548582