מערכת משולבת לניטור שיטפונות והתרעה מוקדמת ב"אגן נהר צ'או פראיה", דרום מזרח אסיה

רקע הפרויקט

דרום מזרח אסיה, המאופיינת באקלים המונסון הטרופי שלה, מתמודדת עם איומי שיטפונות קשים מדי שנה במהלך עונת הגשמים. אם ניקח לדוגמה את "אגן נהר צ'או פראיה" במדינה מייצגת, אגן זה זורם דרך עיר הבירה והאזורים הסובבים אותה, המאוכלסת בצפיפות ובפיתוח הכלכלי הגבוה ביותר במדינה. מבחינה היסטורית, יחסי הגומלין בין גשמים שוטפים פתאומיים, נגר מהיר מאזורים הרריים במעלה הזרם וצפיפות מים עירונית הפכו את שיטות הניטור ההידרולוגיות המסורתיות, הידניות והמבוססות על ניסיון ללא מספקות, מה שמוביל לעתים קרובות לאזהרות בטרם עת, נזק משמעותי לרכוש ואף לנפגעים.

כדי לעבור מגישה תגובתית זו, השיקה מחלקת משאבי המים הלאומית, בשיתוף פעולה עם שותפים בינלאומיים, את פרויקט "מערכת משולבת לניטור שיטפונות והתרעה מוקדמת באגן נהר צ'או פראיה". המטרה הייתה להקים מערכת בקרת שיטפונות מודרנית, מדויקת ויעילה בזמן אמת, הממנפת את האינטרנט של הדברים, טכנולוגיית חיישנים וניתוח נתונים.

טכנולוגיות ליבה ויישומי חיישנים

המערכת משלבת מגוון חיישנים מתקדמים, היוצרים את "העיניים והאוזניים" של שכבת התפיסה.

1. מד גשם עם דלי הפוך – "הזקיף הקדמי" למקורות שיטפונות

• מיקומי פריסה: פריסה נרחבת באזורים הרריים במעלה הזרם, שמורות יער, מאגרים בינוניים ואזורי ניקוז מרכזיים בפריפריה העירונית.
• פונקציה ותפקיד:
  • ניטור גשם בזמן אמת: אוסף נתוני גשם בכל דקה, בדיוק של 0.1 מ"מ. הנתונים מועברים בזמן אמת למרכז הבקרה המרכזי באמצעות תקשורת GPRS/4G/לוויין.
  • אזהרת סערה: כאשר מד גשם רושם כמות גשם בעוצמה גבוהה במיוחד בפרק זמן קצר (למשל, מעל 50 מ"מ בשעה), המערכת מפעילה אוטומטית התראה ראשונית, המצביעה על סיכון לשיטפונות פתאומיים או נגר מהיר באזור זה.
  • מיזוג נתונים: נתוני גשם הם אחד מפרמטרי הקלט הקריטיים ביותר עבור מודלים הידרולוגיים, המשמשים לחיזוי נפח נגר לנהרות ואת זמן ההגעה של שיאי שיטפונות.

2. מד זרימת מכ"ם – "מוניטור הדופק" של הנהר

• מיקומי פריסה: מותקן בכל ערוצי הנהרות העיקריים, מפגשי יובלים מרכזיים, במורד הזרם של מאגרים, ועל גשרים או מגדלים קריטיים בכניסות לעיר.
• פונקציה ותפקיד:
  • מדידת מהירות ללא מגע: משתמש בעקרונות החזרת גלי מכ"ם למדידה מדויקת של מהירות מי שטח, ללא השפעה על איכות המים או תכולת המשקעים, ודורש תחזוקה מועטה.
  • מדידת מפלס מים וחתך רוחב: בשילוב עם חיישני מפלס מים מובנים או מדי מפלס מים אולטרסאונדים, הוא משיג נתוני מפלס מים בזמן אמת. באמצעות נתוני טופוגרפיה של חתך רוחב של ערוץ הנהר שהוטענו מראש, הוא מחשב את קצב הזרימה בזמן אמת (מ"ק/שנייה).
  • אינדיקטור אזהרה מרכזי: קצב הזרימה הוא האינדיקטור הישיר ביותר לקביעת עוצמת השיטפון. כאשר הזרימה המנוטרת על ידי מד הרדאר עולה על ספי האזהרה או הסכנה שנקבעו מראש, המערכת מפעילה התראות ברמות שונות, ומקנה זמן קריטי לפינוי במורד הזרם.

3. חיישן תזוזה – "שומר הבטיחות" לתשתיות

• מיקומי פריסה: סכרים קריטיים, סכרי סוללות, מדרונות וגדות נהרות הנוטים לסכנות גיאוטכניות.
• פונקציה ותפקיד:
  • ניטור בריאות מבני: משתמש בחיישני תזוזה של מערכת ניווט לווייני עולמית (GNSS) ובמדדי שיפוע במקום כדי לנטר באופן רציף תזוזה, שקיעה והטיה ברמת מילימטר של סכרים ומדרונות.
  • אזהרת כשל בסכר/שבר: במהלך שיטפונות, עליית מפלסי המים מפעילה לחץ עצום על מבנים הידראוליים. חיישני תזוזה יכולים לזהות סימנים מוקדמים ועדינים של חוסר יציבות מבנית. אם קצב שינוי התזוזה מואץ לפתע, המערכת מפיקה מיד התראת בטיחות מבנית, ובכך מונעת שיטפונות קטסטרופליים הנגרמות כתוצאה מכשלים הנדסיים.

זרימת עבודה של המערכת והתוצאות שהושגו

1. איסוף והעברת נתונים: מאות צמתי חיישנים ברחבי האגן אוספים נתונים כל 5-10 דקות ומשדרים אותם בחבילות למרכז הנתונים בענן דרך רשת IoT.
2. מיזוג נתונים וניתוח מודלים: הפלטפורמה המרכזית מקבלת ומשלבת נתונים ממקורות מרובים, החל ממדדי גשם, מדי זרימה מכ"ם וחיישני תזוזה. נתונים אלה מוזנים למודל הידרו-מטאורולוגי והידראולי מצומד מכויל, לצורך סימולציה וחיזוי שיטפונות בזמן אמת.
3. התרעה מוקדמת חכמה ותמיכה בקבלת החלטות:
   • תרחיש 1: מדי גשם בהרים במעלה הזרם מזהים סופה חזקה; המודל חוזה מיד ששיא שיטפון העולה על רמת האזהרה יגיע לעיר א' תוך 3 שעות. המערכת שולחת אוטומטית התרעה למחלקת מניעת אסונות של עיר א'.
   • תרחיש 2: מד הזרימה של המכ"ם בנהר העובר דרך עיר B מראה עלייה מהירה בקצב הזרימה תוך שעה, כאשר מפלס המים עומד לחצות את הסוללה. המערכת מפעילה התרעה אדומה ומוציאה צווי פינוי דחופים לתושבי גדות הנהר באמצעות אפליקציות מובייל, מדיה חברתית ושידורי חירום.
   • תרחיש 3: חיישני תזוזה בקטע ישן של סוללה בנקודה C מזהים תנועה חריגה, מה שגורם למערכת לסמן סכנת קריסה. מרכז הפיקוד יכול לשלוח מיד צוותי הנדסה לתגבור ולפנות מראש תושבים באזור הסיכון.
4. תוצאות היישום:
   • זמן אספקה ​​מוגבר להתרעות: בהשוואה לשיטות מסורתיות, זמן האספקה ​​להתרעות שיטפונות השתפר מ-2-4 שעות ל-6-12 שעות.
   • קבלת החלטות קפדנית מדעית משופרת: מודלים מדעיים המבוססים על נתונים בזמן אמת החליפו שיפוט עמום המבוסס על ניסיון, מה שהופך החלטות כמו הפעלת מאגרים והפעלת אזורי הטיית שיטפונות למדויקות יותר.
   • הפסדים מופחתים: בעונת השיטפונות הראשונה לאחר פריסת המערכת, היא ניהלה בהצלחה שני אירועי שיטפונות גדולים, שלפי הערכות צמצמו את ההפסדים הכלכליים הישירים בכ-30% ולא גרמה לאיבוד נפגעים.
   • מעורבות ציבורית משופרת: באמצעות אפליקציה ציבורית לנייד, אזרחים יכולים לבדוק מידע בזמן אמת על כמות המשקעים ומפלסי המים בסביבתם, ובכך לשפר את המודעות הציבורית למניעת אסונות.

אתגרים ותחזית עתידית

• אתגרים: השקעה ראשונית גבוהה במערכת; כיסוי רשת התקשורת באזורים מרוחקים נותר בעייתי; יציבות חיישנים לטווח ארוך ועמידות בפני ונדליזם דורשים תחזוקה שוטפת.
• תחזית עתידית: התוכניות כוללות הכנסת אלגוריתמים של בינה מלאכותית לשיפור נוסף של דיוק התחזית; שילוב נתוני חישה מרחוק מלוויינים כדי להרחיב את כיסוי הניטור; ובחינת קשרים עמוקים יותר עם תכנון עירוני ומערכות שימוש במים בחקלאות כדי לבנות מסגרת ניהול "אגן נהרות חכם" עמידה יותר.

תַקצִיר:
מחקר מקרה זה מדגים כיצד הפעולה הסינרגטית של מדי גשם מסוג Tipping Bucket (חישת המקור), מדי זרימה מכ"ם (ניטור התהליך) וחיישני תזוזה (הגנה על התשתית) בונה מערכת מקיפה ורב-ממדית לניטור שיטפונות והתרעה מוקדמת - מ"שמיים" ל"קרקע", מ"מקור" ל"מבנה". זה לא רק מייצג את כיוון המודרניזציה של טכנולוגיית בקרת שיטפונות בדרום מזרח אסיה, אלא גם מספק ניסיון מעשי יקר ערך לניהול שיטפונות עולמי באגני נהרות דומים.

סט שלם של שרתים ותוכנה מודול אלחוטי, תומך RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN

אנא צרו קשר עם Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

אתר החברה:www.hondetechco.com

טלפון: 86-15210548582+