近日，在历城黄河盖家沟险工33号坝上，全河首个物联网水位站正在工作。
济南时报·新黄河客户端记者冯松豪 摄
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黄河首座物联网水位站在济南黄河历城盖家沟险工建成投用
济南时报·新黄河客户端记者冯松豪 摄
眼下，正是“七下八上”的防汛关键期，守护城市安澜是最要紧的事。对于黄河也不例外，水情、工情、调度、值守……每一天扎根在济南黄河边的职工们都不敢放松警惕。但今年，济南黄河边也有了可喜的新变化，成功攻克黄河含沙量大、变化幅度大等难题，全河首座物联网水位站在济南黄河历城盖家沟险工建成投用，从此济南有了“水陆空”全天候全方位监测黄河水位的先行试点，实现了数据的“精测快报”。
全天每6分钟观测一次黄河水位，数据实时自动上传手机电脑
防汛必然先要清楚水情，水情测报是防汛的“耳目”，它提供的“情报”准不准、快不快，直接影响着防汛抗洪抢险和指挥调度的决策部署。而水位是水情观测中最基本的项目之一。
近日，在历城黄河盖家沟险工33号坝上，人工水尺、遥测水位站和最新的物联网水位站，相隔十米互相遥望，黄河水位监测的“老中青”三代全都聚集在此。盖家沟险工是济南黄河的险段，河道呈近90度的直角弯，上游来水经过时往往更加湍急，同时这里也是全省重要的水位测报点。
“我们最开始测水位的工具是人工水尺，算起来差不多和泺口水文站同时间，有百年历史了。2003年又陆续建设遥测水位站，到现在也已经使用了近二十年。”山东黄河河务局防汛办公室三级调研员戴明谦说，人工读尺读数虽然准确，但是观测费时费力，恶劣天气下，观测人员还存在人身安全风险。
“遥测水位站”就是在“空中”测水位，使用雷达水位计，通过观测探头到水面的距离确定水位。数据能自动读取、自动发送到水情网站，但探头通过横杆悬挂在半空，当遇到强风等恶劣天气时，设备的测报数据可能会出现较大误差。
物联网水位站就基本解决了这些问题。新黄河记者在现场看到，物联网水位站从外观上看是一根高约3米、宽半米的蓝色金属长方体立柱，顶端设有金属盖顶和天线，柱体上部安置了两块LED屏幕，显示盖家沟站的实时水位。不过水位站真正的“内核”藏在了柱体内和水下。
“我们在箱体里装了一台数据处理器，在水下安装了四台压力水位计，压力水位计测出电流通过电缆传输到处理器，换算成水深，再上传云平台，最终发送到显示屏和手机电脑上。”戴明谦介绍，新建成的物联网水位站测量精度高、次数多，使用更方便。现在水位站每6分钟就观测一次，一天可以观测240次。现场LED大屏每半小时更新一次数据，在手机和电脑上则是6分钟更新，水位变化情况一目了然。
攻克黄河含沙量大的限制难题，解决方法来自“灵光一现”
戴明谦在黄河防汛办公室干了20多年，深知与黄河打交道自然少不了“水位、根石、含沙量”三件事。物联网水位站不仅是全河首座，更重要的是这一成果攻克了黄河含沙量大而无法使用压力水位计的限制。
戴明谦说，40年前甘肃省水文总站曾在兰州等水文站进行过压力水位计观测黄河水位的试验，并获得甘肃省科学技术成果三等奖。但因为黄河含沙量高，且变化幅度大最终并没有推广应用。2013年出版的《水文测验实用手册》也写道：压力水位计不适用于含沙量高的水体，不适用于河口等受海水影响水流密度变化大的地点，要限制使用。
戴明谦和团队设计的物联网水位站为什么能打破这一束缚，他们是如何做到的？“说起来，是当时灵光一现想到的解决方案。”戴明谦说，2021年济南黄河发生新中国成立以来最严重秋汛，当时大家一边在黄河上大堤上防守，一边都在想怎么才能让报水位、测根石变得更加智能高效。“去年我们研究根石探测无人艇时，想到用压力水位计测水深，当时就有专家提出黄河含沙量大，测量误差大，没法用；我不死心，一次在查找资料时，‘信息通信的数字信号差分传送’启发了我。”
效仿通信讯号的传输方法，戴明谦想到了用双探头压力差分法观测黄河水位。何为双探头压力差分法？就是把其中两个水下的压力水位计探头间距固定为1米，先测出黄河水的容重（单位体积内水体的质量），再通过差分计算，求出实际水深，测量精度与在清水的条件下相同。这样得到的数据准不准？戴明谦说，他们多次与人工水尺读取的数据做对比，误差7毫米，符合相关规定。
今年5月物联网水位站在盖家沟险工正式“上岗”，6月济南迎来黄河汛前调水调沙的一次大流量过程。“实践证明，水位站经受住了这次大水过程，它详细记录了整个水位变化过程，在后台的电脑端形成的不同时段水位变化曲线，可帮助进行防汛研判。”戴明谦欣慰地说。
三类水位站“在岗”监测互为补充，初步形成“水陆空”立体水位观测网
现在，在济南黄河历城段盖家沟站点，人工可以通过目测感知水面，遥测水位站从空中感知水面，物联网水位站从水中感知水面，形成了水陆空立体水位观测网。人工水尺、遥测水位站、物联网水位站，三类水位站同时“在岗”，互为补充，互相校核，提高了济南黄河水位观测保障能力。
首座物联网水位站的成功，也让戴明谦的信心大增。他告诉新黄河记者，今年争取在黄河泺口险工再建设一处物联网水位站。除此之外，物联网水位站推广应用广阔，其他江河、湖泊、水库及其他密度稳定的天然水体，一般都大于清水容重，采用物联网水位站的结构方案也是一种很好的选择。
随着2022年黄河水利委员会发布《数字孪生黄河建设规划（2022—2025）》，黄河更“智慧”成为大家的共同梦想。据了解，目前，山东正在全力以赴推进数字孪生山东黄河建设，山东黄河河务局数字孪生框架已搭建完成。
对于戴明谦和他所在的项目组来说，他们的目标也不仅仅是建成一座物联网水位站这样简单。根石、水位与含沙量，是他们的三大攻关方向。“不久前，根石探测项目《“励智”智能高精度根石探测无人艇研制》被列入水利部重大科技项目，山东黄河河务局正全力研究。测量含沙量的《“励智”免取样就地实时快速测量含沙量方法》也已有了明确的研究思路。相信在不远的将来，三项观测技术研究成功，并推广应用，黄河基层的观测技术水平将会大幅度提高。”谈到未来，戴明谦充满希望。
