1月3日，國網陜西省電力有限公司電力科學研究院化學與環保技術室主管雷磊利用基于超聲、光敏測量技術的水土保持在線監測系統，完成了2022年雅中—江西±800千伏特高壓直流工程14個水土保持在線監測點的監測數據統計工作，并將監測報告發送給相關單位。

基于超聲、光敏測量技術的水土保持在線監測系統是由國網陜西電力自主研發的。此前，該系統已用于青海—河南±800千伏特高壓直流輸電工程和張北—雄安1000千伏特高壓交流輸變電工程水土保持監測工作，助力這兩項工程創建“國家水土保持示范工程”。

(資料圖片)

電網大規模建設對生態環境的影響受到社會關注，其中，水土保持是政府行政監督的重點之一。開展有效的水土保持監測是做好電網工程水土保持工作、助力電網綠色建設的重中之重。國網陜西電力探索超聲、光敏探測原理相結合的監測技術，實現了電網工程水土保持監測從人工監測到自動監測的轉變。

研發超聲波測釬傳感器

實現水土保持自動監測

陜西省位于黃河流域中段，北部黃土高原地區曾經水土流失嚴重。陜北能源化工基地及眾多重要輸電通道都位于該區域。如何有效開展水土保持監測與水土流失治理，保護當地生態環境，是陜西電網建設面臨的難題之一。

國網陜西電力自2012年開始研究相關問題，逐步成立了由該公司科技與數字化部副主任吳健和雷磊牽頭的科研團隊。實現全天候、精準的水土保持監測是科研團隊首先要解決的問題。

水土保持監測的核心是測量地表土壤侵蝕厚度的變化。傳統的水土保持監測方式是在監測點地表按“田”字形插入9根標有刻度的鋼釬，采用人工方式每月定期到現場查看刻度，根據測量數據計算土壤侵蝕厚度。這種監測方法存在時效性不強、精度不高、受監測人員工作經驗影響大等缺點。實現全天候、高精度、自動化監測是大勢所趨。

2016年7月，雷磊和團隊成員對紅外線和超聲波等常見的自動化測距方法進行了試驗比對。紅外線測距方法根據從紅外線發出到被接收的時間及紅外線傳播速度計算距離。這種方法易受外界溫度干擾，也易受地表局部起伏干擾，且裝置成本較高。超聲波測距方法是測量超聲波在發射后遇到障礙物反射回來的時間，根據發射和接收的時間差以及超聲波在空氣中的傳播速度計算發射點到障礙物之間的距離。超聲波不易受溫度、地表局部起伏干擾，裝置成本相對較低。由于兩種方法可達到的精度相近，科研團隊最終選擇了超聲波測距方法。

在此基礎上，科研團隊確定了使用超聲波的最優幅值與頻率，研發了土壤侵蝕量超聲波測釬傳感器。該裝置由超聲波發射器、鋼釬和標準反射面三部分組成。超聲波發射器安裝在鋼釬頂部，標準反射面設置在鋼釬底部。傳感器、控制主桿和后臺水土保持在線監測軟件組成水土保持在線監測系統。傳感器采集的數據通過4G網絡傳送至后臺，經過篩查、分類存儲和分析，形成水土流失數據報表，供電網工程建設管理人員參考。

超聲波與光敏技術相結合

提升監測數據準確性

2018年3月，水土保持在線監測系統在西安北750千伏輸變電工程中試點應用，支撐了該工程水土保持監測報告的編制。然而，在隨后的運行中，科研團隊發現了一個問題——由于受外界聲環境、地表震動的干擾，傳感器在植被恢復階段監測的數據存在失真情況。

“科研不可能一帆風順，發現了問題就去解決問題。”吳健對團隊成員說，大家又開始研究新測量方案。2018年10月，科研團隊確定了使用土壤侵蝕量光敏測釬傳感器的新技術方案。這種方式是根據太陽光波長及分布選擇探測頻率最合適的光敏元件，在鋼釬上布設光陣列，通過多排差分算法計算土壤厚度變化量。它的優點是無發射元件，不易受外界聲環境、地表震動的干擾，且功耗低、可靠性高。2019年6月，土壤侵蝕量光敏測釬傳感器研發成功，并在陜北—關中750千伏第二通道輸變電工程建設中試點應用。

考慮到光敏元件夜晚無法工作，科研團隊研究確定了超聲波、光敏兩種測釬傳感器交叉復合布置的技術方案，并在數據處理中引入卡爾曼濾波算法，將兩種數據有機融合，實現兩種數據相互印證、互為補充。2020年7月，該技術方案在雅中—江西±800千伏特高壓直流工程14個水土保持在線監測點試點應用。實測結果顯示，與采用單一測釬傳感器相比，該技術方案大幅提升了測量的準確性、可靠性。

監測精度達毫米級

降成本助環保

2021年2月24日，以超聲、光敏測量技術為核心的水土保持在線監測系統通過中國電力企業聯合會科技鑒定委員會的鑒定，得到相關專家的高度認可。該技術監測精度達毫米級，監測數據量較人工方式提高600倍、成本節約97%。

2021年9月8日至10日，地處秦嶺生態脆弱區的漢中市鎮巴縣鹽場鎮發生強降雨天氣，連續3天日降雨量達到20毫米以上，其中9月9日達26.5毫米。青海—河南±800千伏特高壓直流工程經過該地，沿線塔基周圍存在發生水土流失及次生災害的可能。團隊成員利用水土保持在線監測系統查看現場情況，連續3天監測到水土流失量超過15千克。團隊成員判斷存在地面形成沖蝕溝的隱患，第一時間聯系建管單位消除了安全隱患，實現了精準預警。隨后，在建設單位組織人員播撒草籽、建設塔基護坡擋土墻和排水溝后，團隊成員利用在線監測系統對植物措施、工程措施成效進行長期監測，確保塔基區域水土流失治理到位，在保障電網安全的同時助力生態保護。

基于超聲、光敏測量技術的水土保持在線監測系統已應用于6項特高壓工程、閩粵聯網工程及陜西省內多項輸變電工程，支撐了電網工程水土保持監測工作。目前，科研團隊已獲國家專利授權10項、軟件著作權18項，發表核心期刊論文26篇。該成果獲得中國電力科學技術獎一等獎、陜西省科學技術進步獎二等獎等獎項。（陳維 白曉春 萬昊）

標簽： 水土保持 在線監測 土壤侵蝕