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灌区雷达流量计量测水项目实施方案-灌区信息化监测

一、项目背景

灌区作为保障国家粮食安全的核心水利基础设施，其水资源调配效率直接关系到农业生产稳定与可持续发展。随着农业水价综合改革的深入推进，《农业水价综合改革实施方案》明确要求大中型灌区骨干工程需实现斗口及以下计量供水，同步推进信息化建设，在取水口和主要分水口建设取水量监测设施。当前，我国灌区输水多依赖明渠，这些明渠普遍存在断面形态复杂、水流流速不均、含沙量波动大等特点，精准量测水成为提升灌区精细化管理水平的关键任务。

传统量测水手段已难以满足新时代灌区管理需求，而雷达流量计凭借非接触测量、环境适应性强、测量精度高的优势，逐步成为灌区明渠流量监测的核心技术方案。为破解灌区量测水难题，落实节水优先战略，需开展灌区雷达流量计量测水项目建设，构建“精准感知、实时传输、智能分析、高效应用”的量测水信息化体系，为灌区水资源优化配置、水价改革落地、节水增效提供精准数据支撑。

二、现状问题

（一）传统量测手段适配性差，数据精度不足

灌区明渠多为不规则断面，传统量测水方法（如浮标法、接触式流速仪法）易受水流扰动、泥沙磨损、生物附着影响，测量误差较大（流速误差常超5%）。对于宽浅型、窄深型等特殊断面渠段，传统方法难以全面覆盖水流断面，导致流量推算偏差显著，无法真实反映灌区实际用水情况，难以满足农业水价改革对计量精度的要求。

（二）监测效率低下，数据实时性缺失

多数灌区仍依赖人工定时抄表、现场测算的量测模式，单次测流耗时超2小时，且受天气、地形等自然条件限制，无法实现全天候连续监测。人工测量数据需经过整理、上报等多环节汇总，数据滞后性明显，不仅难以支撑灌溉用水的动态调度，也无法及时发现输水过程中的跑冒滴漏问题，造成水资源严重浪费。

（三）监测覆盖不全，重点节点存在盲区

灌区渠线分布零散、跨度大，部分支渠、斗渠取水口等关键分水节点缺乏常态化量测设施，存在监测盲区。尤其是偏远区域的小型渠段，人工监测难以覆盖，导致灌区整体用水数据碎片化，无法为全灌区水资源统筹调配提供完整数据支撑，制约了灌区管理的科学性与系统性。

（四）设备运维成本高，稳定性差

接触式量测设备长期浸泡在水中，易受水体腐蚀、泥沙淤积影响，故障频发，需频繁进行人工校准与设备更换，运维成本高昂。部分设备依赖市电供电，在偏远灌区难以部署；同时，灌区野外环境恶劣，暴雨、雷电等极端天气易导致设备损坏、数据中断，无法保障量测工作的连续性。

（五）数据管理碎片化，应用价值不足

现有量测水数据多以纸质台账或分散电子文档形式存储，缺乏统一的信息化管理平台，形成“数据孤岛”。数据无法实现实时共享与融合分析，难以生成规范化的用水报表，既无法为水费精准核算提供客观依据，也不能为灌溉调度优化、用水规律研判提供科学支撑，数据价值难以充分发挥。

三、解决思路

本项目以“精准计量、实时监测、全域覆盖、智能赋能”为核心目标，依托雷达测流技术构建灌区量测水信息化体系，具体思路如下：

1.  优选适配技术方案：选用武汉水测家科技非接触式雷达流量监测设备，结合灌区明渠断面特点，通过速度面积法精准推算流量，替代传统接触式量测手段，提升测量精度与稳定性。

2.  科学布设监测点位：遵循“有利计量、方便管理”原则，重点在干渠渠首、支渠分水口、主要斗渠取水口等关键节点布设监测设备，避开弯道、淤积区等影响数据精度的区域，实现核心用水区域全覆盖。

3.  构建稳定传输网络：采用“4G+太阳能供电”的组合方案，解决偏远灌区信号覆盖与供电难题，确保监测数据实时、稳定上传，保障设备全天候连续运行。

4.  搭建一体化管理平台：整合流量、水位等多源监测数据，结合GIS地理信息系统实现可视化管理，具备实时监测、历史查询、报表生成、异常预警等功能，支撑灌区精细化管理决策。

5.  建立长效运维机制：选用低功耗、免维护设备降低运维成本，制定设备定期巡检、校准计划，确保系统长期稳定运行，保障量测数据的连续性与可靠性。

四、硬件感知设备

本项目硬件感知体系以“雷达流量监测”为核心，涵盖前端量测感知设备、数据采集传输设备、供电保障设备及防护设备，形成“量测-传输-供电-防护”全链路保障，确保量测数据精准、连续、安全。

（一）前端量测感知层

核心功能为采集灌区明渠水位、流速数据，通过速度面积法精准推算流量，适配灌区不同断面类型与水流工况，为量测水提供基础数据支撑。

（二）数据采集传输层

负责汇总前端量测设备数据，进行本地化处理与缓存，通过多模通信技术实时上传至一体化管理平台，保障复杂环境下数据传输不中断、不丢失。

（三）供电保障层

针对灌区野外无市电供应的特点，采用太阳能电池板与锂电池储能的组合方案，搭配智能充放电控制器，为前端设备与传输设备提供稳定长效供电，确保设备24小时连续运行。

（四）防护层

通过加装防雷防水保护箱、雷达专用防护罩、防盗装置等，保障设备在暴雨、强雷电、高温、低温等恶劣环境及野外无人值守场景下的安全稳定运行，延长设备使用寿命。

五、产品选型

（一）前端量测感知设备

1.  武汉水测家雷达流量计：核心量测设备，集成雷达流速计与雷达水位计功能，基于多普勒效应原理测量水流速度，通过频率调制连续波技术测量水位，结合速度面积法精准推算流量。测量范围：流速0-20m/s，精度±1%；水位0-50m，精度±3mm；可适配矩形、梯形、U型等多种不规则明渠断面。设备采用高频雷达波技术，非接触式测量，可有效抵御泥沙、漂浮物、雨雪天气干扰，防护等级IP68，适应-40℃-60℃宽温环境运行。部署于干渠渠首、支渠分水口、斗渠取水口等关键节点，实现流量、水位实时精准采集，为用水计量提供核心数据。

2.  武汉水测家雷达水位计：配套雷达流量计使用，针对部分重点监测断面的水位精细化监测需求布设。采用高频雷达波技术，测量范围0-50m，精度±3mm，分辨率0.001m，确保水位数据精准可靠，为流量推算提供精准的断面水深参数。

（二）数据采集传输设备

1.  武汉水测家遥测终端机：数据采集传输核心设备，支持多路传感器接入，可同步采集雷达流量计的水位、流速、流量数据，兼容Modbus、HJ 212等行业标准协议。具备4G通信功能，适配灌区不同区域的信号覆盖情况，数据传输成功率超98%；内置存储芯片，可缓存3年以上历史数据，即使通信中断也能保证数据不丢失，待信号恢复后自动补传。部署于各监测点位，实现数据汇总、处理与稳定传输。

（三）供电与防护设备

1.  太阳能供电系统：由60W太阳能板、40Ah免维护电池、智能充放电控制器组成，专门适配灌区野外无人值守场景。控制器具备过充、过放、短路保护功能，可根据光照强度自动调节充电电流，在连续阴雨天气下可稳定供电7-15天，确保设备24小时不间断运行。部署于所有无市电供应的监测点位。

3.  武汉水测家便携式多普勒超声波流量计：作为应急备用设备，测量范围0-12m/s，精度±1%，采用手持式设计，5分钟内即可完成测量。适用于主设备故障、现场率定比对或应急抢险时的临时流量补测，确保量测工作不中断。

六、场景应用

（一）精准用水计量与水价改革落地场景

在灌区各支渠分水口、斗渠取水口部署雷达流量计与RTU01遥测终端机，实时精准采集各用水单元的用水量数据。数据通过通信网络上传至一体化管理平台，平台自动按日、按月生成用水报表，为水费分摊与征收提供客观、精准的计量依据，有效解决传统计量模糊导致的水费纠纷问题，推动农业水价综合改革落地见效。某灌区应用后，用水计量准确率提升至98%以上，水费征收效率提升60%。

（二）灌溉调度优化与节水增效场景

在干渠渠首、主要支渠等关键输水节点部署雷达流量监测系统，实时掌握全灌区输水动态。管理平台结合作物灌溉需求、土壤墒情数据，通过流量数据分析识别用水高峰与浪费现象，动态调整闸门开度，实现“按需配水”。例如，当某区域作物需水量减少时，平台可根据流量数据精准调控分水口供水量，避免水资源浪费；当出现流量异常骤减时，及时预警管道堵塞或渗漏问题，保障输水效率。项目实施后，灌区水资源利用效率可提升30%以上，亩均灌溉用水量显著下降。

（三）输水安全监测与故障应急处置场景

通过雷达流量计实时监测水位、流量变化，当渠段出现水位骤升（提示上游来水激增或下游堵塞）、流量骤减（提示渠道渗漏或堵塞）等异常情况时，平台立即触发短信或平台预警，精准定位故障位置。运维人员携带便携式流量计赶赴现场核查处置，快速排查堵塞、渗漏等问题，避免故障扩大导致的灌溉中断或水资源流失。相较于传统人工巡检，故障响应时间从数小时缩短至30分钟以内，应急处置效率大幅提升。

（四）用水规律分析与管理决策支撑场景

一体化管理平台整合历史流量数据，生成单站多要素、多站同要素趋势图，直观呈现灌区不同季节、不同作物的用水规律。管理部门可基于这些数据评估灌区水资源承载能力，优化灌溉制度，为灌区节水改造、工程升级等规划制定提供科学依据。同时，平台数据可对接上级水利管理部门，为区域水资源统筹调配提供支撑。

（五）设备运维管理与效能提升场景

管理平台实时监测各雷达流量计、遥测终端机等设备的运行状态，当设备出现供电异常、通信中断、测量故障时，自动发出故障预警并精准定位设备位置。运维人员按预警信息开展针对性维护，定期对传感器进行校准、清洁太阳能板，保障设备长期稳定运行。通过远程运维与精准维保，灌区量测设备故障率降低70%，运维成本降低40%以上。