Multisensor hydrometric station for detecting flash floods and torrential avenues in mountain rivers

Authors

  • Olger Ferledy Erazo De La Cruz Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.
  • Jorge Edison Mora Arroyo Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.
  • Pablo Emilio Jojoa Gómez Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

DOI:

https://doi.org/10.61799/2216-0388.2145

Keywords:

Early Warning System, Flash Flood, Monitoring Station, Torrential avenues, Ultrasonic Distance Measurement, Microcontroller

Abstract

Stations in an early warning system monitor river water levels to detect the occurrence of flash floods or torrential avenues. To do so, they use ultrasonic sensors that measure the distance to the water surface; additionally, they may incorporate image capture systems to verify changes in the riverbed or integrate surface velocity radars that estimate water flow. To address the design of a monitoring station based on a low-cost, low-power microcontroller, the first phase proposes using an ultrasonic distance sensor, a rain gauge, and an external perimeter barrier—an electronic device that transmits measurements to a monitoring center located at considerable distances via GSM/GPRS and radio; in a second stage, following the monitoring of a mountain river for one year and the characterization of a flash flood, the addition of two ultrasonic sensors is proposed as a solution to morphological changes in the riverbed that affect the measurements. As a result, additional reference points are obtained that allow for the identification of increases in flow. It is concluded that the addition of ultrasonic sensors helps improve the identification of these natural phenomena and, consequently, reduces the risk of misinterpretation, especially when water level measurements are affected by morphological changes in the riverbed.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

  • Olger Ferledy Erazo De La Cruz, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

    Obtuvo el título de Ingeniero de Sistemas en la Universidad Mariana, Pasto, Colombia. En la Universidad del Cauca obtuvo el título de Especialista en Redes y Servicios Telemáticos, y en la Universidad de Santander el de Especialista en Administración de la Informática Educativa. Asimismo, cursó la Maestría en Electrónica y Telecomunicaciones en la Universidad del Cauca, institución en la que actualmente continúa como estudiante del Doctorado en Ciencias de la Electrónica. Sus líneas de interés incluyen el procesamiento digital de señales, las energías renovables, el aprendizaje automático, los sistemas embebidos y la telemetría.

  • Jorge Edison Mora Arroyo, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

    Ingeniero Electrónico de la Universidad de Nariño, Ingeniero en Telecomunicaciones y Especialista en Redes de Telecomunicaciones de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD), Magíster en Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del Cauca. Actualmente es Candidato a Doctor en Ciencias de la Electrónica en la Universidad del Cauca y Profesor de la Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia, Colombia. Sus intereses de investigación incluyen inteligencia artificial, análisis de datos, procesamiento digital de señales y el desarrollo de modelos avanzados de clasificación para señales sismo‑volcánicas.

  • Pablo Emilio Jojoa Gómez, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

    Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del Cauca (1993), Magister en Ingeniería Eléctrica Área Sistemas Electrónicos de la Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo (1999), Doctor en Ingeniería Eléctrica Área Sistemas Electrónicos de la Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo (2003). Se encuentra vinculado como profesor del Departamento de Telecomunicaciones desde el año 1993 y actualmente se desempeña como Coordinador del Grupo de I+D Nuevas Tecnologías en Telecomunicaciones. Pertenece y es cofundador del grupo de investigación Grupo de I+D Nuevas Tecnologías en Telecomunicaciones.

References

[1] J. Kennedy, B. Trewin, R. Betts, P. Thorne, P. Foster, P. Siegmund and B. Naran, “State of the Climate 2024 Update for COP29”, World Meteorological Organization, 2024. [Online] Available: https://wmo.int/publication-series/state-of-climate-2024-update-cop29.

[2] E. Aristizábal, M. I. Carmona Arango, and I. K. López García, “Definición y clasificación de las avenidas torrenciales y su impacto en los Andes colombianos”, Cuadernos de Geografía: Revista Colombiana de Geografía, vol. 29, no. 1, pp. 242–258, june 2020, doi: 10.15446/rcdg.v29n1.72612.

[3] H. Caballero, “Las avenidas torrenciales una amenaza potencial en el valle de Aburrá”, Gestión y Ambiente, vol. 14, no. 3, pp. 45–50, December 2011. [online]. Available: https://www.redalyc.org/pdf/1694/169422570004.pdf

[4] G. M. Ramos Filho, V. H. R. Coelho, E. D. S. Freitas et al., “An improved rainfall-threshold approach for robust prediction and warning of flood and flash flood hazards”, Natural Hazards, vol. 105, no. 3, pp. 2409–2429, November 2021, doi: 10.1007/s11069-020-04405-x

[5] D. Chovanec, B. Kollár, B. Halúsková, J. Kubás, M. Pawęska and J. Ristvej, “A Component-Based Approach to Early Warning Systems: A Theoretical Model”, Applied Sciences, vol. 15, no. 6, pp.3218, March 2025, doi: 10.3390/app15063218

[6] United Nations Office for Disaster Risk Reduction and World Meteorological Organization. Global Status of Multi-Hazard Early Warning Systems. Geneva, Switzerland, 2024. [online]. Available: https://www.undrr.org/reports/global-status-MHEWS-2024

[7] M. Khalaf, A. J. Hussain, D. Al-Jumeily, P. Fergus, and I. O. Idowu, “Advance flood detection and notification system based on sensor technology and machine learning algorithm”, 2015 International conference on systems, signals and image processing (IWSSIP), London, UK, pp. 105–108, IEEE Xplore, Sept. 2015, doi: 10.1109/IWSSIP.2015.7314188.

[8] A. Y. Felix and T. Sasipraba, “Flood Detection Using Gradient Boost Machine Learning Approach ”, 2019 International Conference on Computational Intelligence and Knowledge Economy (ICCIKE), Dubai, United Arab Emirates, pp. 779-783, Februry 2020, doi: 10.1109/ICCIKE47802.2019.9004419.

[9] A. C. Chawan, V. K. Kakade & K. J. Jadhav, “Automatic Detection of Flood Using Remote Sensing Images”, Journal of Information Technology and Digital World, vol. 02, no. 01, pp. 11–26, March 2020, doi: 10.36548/jitdw.2020.1.002

[10] Y. Huang, H. Chen, B. Liu, K. Huang, Z. Wu and K. Yan, “Radar Technology for River Flow Monitoring: Assessment of the Current Status and Future Challenges”, Water, vol. 15, no. 10, pp. 1904, May 2023, doi: 10.3390/w15101904

[11] Microchip Technology Inc., “dsPIC30F3014/4013, High-Performance Digital Signal Controllers”, pp. 1–51, 2004. [online]. Available: https://www.microchip.com/en-us/product/dspic30f4013.pdf

[12] Maxim Integrated Products. Inc, “DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer”, pp. 1–20, 2019. [online]. Available: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ds18b20.pdf

[13] Intelbras, “IVA 5015 DIGITAL, Active infrared barrier sensor”, pp. 1–14, 2024. [online]. Available: https://backend.intelbras.com/sites/default/files/2026-01/Manual_IVA_5015_ingles_01-25_site.pdf

[14] Acurite Inc, “Digital Rain Gauge with Wireless Self-Emptying Rain Collector Manual model 00899”, pp. 1–16, 2011. [online]. Available: https://www.acurite.com/cdn/shop/files/00899-02445-instructions.pdf

[15] MaxBotix Inc, “XL-MaxSonar – WR/WRC Series”, pp. 1–26, 2017. [online]. Available: https://cdn.shopify.com/s/files/1/0550/8091/0899/files/11838.pdf [visited on 10. 08. 2024]

[16] Microchip Technology Inc., “24AA1025/24LC1025/24FC1025 1024K I2C CMOS Serial EEPROM”, pp. 1–22, 2005. [online]. Available: https://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21941b.pdf

[17] Maxim Integrated Products. Inc, “DS1307 64 x 8, Serial, I2C Real-Time Clock”, pp. 1–14, 2015. [online]. Available: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ds1307.pdf

[18] Hitachi, “LM044L LCD”, pp. 1–3, 1990. [online]. Available: https://datasheet4u.com/pdf-down/L/M/0/LM044L-Hitachi.pdf

[19] Microchip Technology Inc., “PIC16F84A 18-pin Enhanced FLASH/EEPROM 8-Bit Microcontroller”, pp. 1–43, 2005. [online]. Available: https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/ MCU08/ProductDocuments/DataSheets/35007C.pdf

[20] Microchip Technology Inc., “PIC12F629/675A 8-pin FLASH-Based 8-Bit Microcontroller”, pp. 1–71, 2010. [online]. Available: https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/MCU08/ProductDocuments/DataSheets/41190G.pdf

[21] Quectel Wireless Solutions Co., “M95 AT Commands Manual GSM/GPRS Module Series,” pp. 1–146, 2012. [online]. Available: https://www.quectel.com/content/uploads/2021/03/Quectel_M95_AT_Commands_Manual_V3.3.pdf

[22] V. Viegas, J. M. Dias Pereira, P. Girão and O. Postolache, “Study of latencies in ThingSpeak”, Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, vol. 6, no. 1, pp. 342–348, January 2021, doi: 10.25046/aj060139.

[23] F. Eraso Checa, O. Erazo de la Cruz and E. Escobar Rosero, “Energía fotovoltaica, modelos y respuestas a condiciones meteorológicas”, 1st ed. San Juan de Pasto: Editorial Institución Universitaria Centro de Estudios Superiores María Goretti, 2017, doi: 10.15658/CESMAG17.010807

[24] IDEAM, “Consulta y Descarga de Datos Hidrometeorológicos”, Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, 2025, [online]. Available: http://dhime.ideam.gov.co/atencionciudadano/

[25] A. L. Narváez Apráez, “La precipitación en el humedal Laguna de la Cocha, Colombia, y su relación en la sustentabilidad de la región”, Tesis de maestría, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina, 2014. [online]. Available: https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n5823_NarvaezApraez.pdf

[26] Robot Electronics, “SRF06 - Ultra-Sonic Ranger with 4-20mA Output”, Robot-Electronics.co.uk, 2024. [online]. Available: https://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf06tech.htm

[27] MaxBotix Inc, “XL-MaxSonar – WR/WRC Series”, pp. 1–26, 2017. [online]. Available: https://cdn.shopify.com/s/files/1/0550/8091/0899/files/11838.pdf

Published

2026-05-01

Issue

Section

Artículo Originales

How to Cite

[1]
Erazo De La Cruz, O.F. et al. 2026. Multisensor hydrometric station for detecting flash floods and torrential avenues in mountain rivers. Mundo FESC Journal. 16, 35 (May 2026). DOI:https://doi.org/10.61799/2216-0388.2145.