在寒区水文业务体系里,积雪监测是一项长期且持续的基础工作。冬春季节的积雪储蓄与消融变化,直接影响流域水资源分配、河道来水过程分析。很多水文站点坐落于高寒山区、上游河谷地带,冬季降雪之后通行不便,传统观测模式依靠工作人员定期前往现场丈量积雪厚度。受天气、路况制约,观测频次很难稳定保障,采集的数据是间断、离散的,很难完整记录积雪逐步堆积、缓慢消融的全过程,不利于长期水文序列资料的积累。随着感知技术持续落地,激光雪深传感器逐步应用于野外站点,为积雪常态化监测提供可行方案,用前端感知硬件赋能水文观测工作。

激光雪深传感器依靠激光测距原理完成积雪厚度测算。设备采用吊装方式固定在监测点位上方,向下发射激光信号,分别采集设备距离基准地面、距离积雪表层的两组距离数据,由内置算法计算差值,换算得到实时积雪厚度数值。考虑到高寒野外环境容易出现镜头结霜、起雾的问题,设备光学窗口配置加热防凝露组件,在冻雨、风雪天气下,降低光学面凝霜结冰带来的数据异常。对比超声类监测方案,激光测量方式受飘雪、气流扰动的影响更小,能够持续输出稳定的观测数据。
整机采用工业防护结构,外壳耐低温、抗腐蚀,适配露天野外长期运行环境,契合水文站点无人值守的运行需求。设备支持通用通讯协议输出,可以接入采集终端,和水位、雨量、土壤墒情等监测设备组网联动,多要素数据统一汇总上传至监测平台。运维人员远程就可以查看、导出积雪时序数据,还可以结合项目实际需求设置数据提醒,及时掌握区域雪情变化趋势。

在实际项目落地中,激光雪深传感器大多布设到山区流域、水库上游、高寒河道沿线站点。依靠不间断采集的积雪数据,工作人员可以持续跟踪积雪储量变化以及消融节奏,积累长期观测资料,为融雪径流分析、流域水资源评估提供可靠参考。除水文领域之外,该设备也能够配套部署在气象观测站点、山区道路沿线、林区生 态 观测点位。
设备主流采用立杆吊装布设方案,结构简洁,现场标定调试流程不复杂,后期维护工作量不大。既可以单独布设,开展雪深专项监测;也能够集成到多要素自动监测站当中统一组网。这套观测方案,减少了冬季野外巡检频次,把传统间断式人工采样模式,升级为全 天 候 在线连续感知。

水文现代化建设持续推进,各类前端感知设备正在一点点补齐野外监测短板。积雪数据是寒区水文模型构建、来水趋势分析不可缺少的基础素材。激光雪深传感器依靠稳定的感知能力,持续捕捉积雪动态变化,实现积雪厚度常态化观测,助力完善寒区流域监测网络。
野外监测工况复杂,不同点位的供电条件、气候环境差异较大,设备选型和布设方案需要因地制宜。水利、自动化领域的同行,欢迎交流站点搭建、传感器组网调试相关经验。