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灌区明渠流量在线测量项目解决方案-明渠流量监测

一、项目背景

灌区作为农业用水的核心载体，其输配水渠道流量的精准监测是落实水资源刚性约束制度、推进节水型社会建设的关键基础。我国农业用水占比高达61.6%，但灌区明渠流量监测普遍存在精度不足、实时性差等问题，严重制约了水资源精细化管理水平的提升。随着水利部明确要求“到2023年实现大中型灌区渠首取水口在线计量全覆盖”，以及地方政府对灌区干支渠口门计量的细化要求，构建标准化、智能化的明渠流量在线监测体系已成为迫切需求。

传统明渠流量测量方式难以适配灌区复杂工况，而武汉水测家科技一体式雷达水位计凭借非接触式测量、抗干扰能力强等优势，为明渠流量精准监测提供了可靠技术支撑。本项目依托该核心设备，结合明渠流量测算标准，构建“精准感知-稳定传输-智能分析”的在线监测体系，实现灌区各级渠道流量的实时掌握，为水资源优化配置、水价改革、灌溉调度提供数据支撑，助力灌区节水增效与高质量发展。

二、现状问题

（一）计量覆盖不足，监管存在盲区

当前灌区流量监测多集中于大型渠首，中小型灌区干支渠口门、斗农渠分水点等关键节点计量设施缺失严重；部分小型灌区未按要求选取典型样本开展计量，导致区域取用水总量无法精准核算，水资源总量控制与定额管理难以落地。

（二）监测方式传统，精度与实时性差

多数灌区仍采用人工测流、堰槽法等传统方式，人工测量效率低、误差大，且无法实时捕捉流量动态变化；传统堰槽易受泥沙淤积、漂浮物堵塞影响，长期运行后测量精度大幅下降，难以满足《取水计量技术导则》规定的准确度要求。

（三）设备适配性差，恶劣工况下易失效

灌区明渠普遍存在含沙量高、水位波动大、渠道不规则等问题，传统接触式流量计易受泥沙磨损、水草缠绕影响；部分监测设备防护等级不足，在田间高湿、暴晒、雷击等恶劣环境下故障率高，难以实现长期稳定运行。

（四）数据联动不足，应用价值未发挥

监测数据多分散存储于局部终端，未接入一体化管理平台；与气象、作物需水、灌溉调度等数据未实现联动分析，仅停留在数据采集层面，无法为精准灌溉、水量调配提供智能决策支撑，数据应用价值受限。

（五）运维体系薄弱，长效运行无保障

灌区监测点位分散、地形复杂，缺乏专业化运维团队，设备故障后维修响应慢；部分设备安装复杂、校准难度大，日常维护成本高，导致部分监测设施长期闲置失效，难以保障监测体系长效运行。

三、解决思路

本项目以“全覆盖、高精度、智能化、易运维”为核心目标，严格遵循《取水计量技术导则》《水资源水量监测技术导则》等标准，构建基于武汉水测家一体式雷达水位计的明渠流量在线监测系统，具体思路如下：

1.  科学布设监测网络：按灌区层级（渠首、干支渠、斗农渠）与渠道类型，在关键节点布设监测设备，结合堰槽改造（必要时）实现全流域覆盖；重点保障大中型灌区渠首、行政分界断面等核心点位的在线监测。

2.  核心设备精准适配：选用武汉水测家一体式雷达水位计作为核心感知设备，结合渠道断面特性与流量公式，实现非接触式、高精度水位-流量换算，适配高含沙、大波动等复杂工况。

3.  构建智能传输体系：采用4G通信技术，解决偏远灌区信号薄弱问题；搭建一体化管理平台，实现数据实时上传、汇总分析、异常预警与多部门共享。

4.  强化运维与保障：建立“远程监控+定期巡检”的运维模式，依托设备低功耗、易校准特性降低维护成本；制定设备校准、故障处置等细则，保障体系长期稳定运行。

四、硬件感知体系

本体系以“非接触式精准监测”为核心，涵盖核心感知、辅助监测、数据传输、供电保障、防护加固五大模块，适配灌区明渠复杂工况，形成“全节点覆盖、全时段感知”的在线监测网络。

（一）核心感知模块

以武汉水测家一体式雷达水位计为核心，搭配标准化堰槽（如巴歇尔槽）或断面测量附件，实现水位精准采集与流量自动换算，覆盖各类明渠断面类型。

（二）辅助监测模块

包括雨量传感器、视频监控设备，同步采集降雨、渠道水势等数据，为流量异常分析、灌溉调度提供辅助支撑。

（三）数据传输模块

由低功耗测控终端（RTU）、通信网关组成，负责汇总水位、流量等数据，通过多模通信技术上传至管理平台，保障偏远区域数据稳定传输。

（四）供电保障模块

采用“太阳能供电+锂电池储能”方案，太阳能供电系统适配无市电的偏远渠道，确保连续阴雨天气下设备不间断运行。

五、产品选型

（一）核心感知设备：一体式雷达水位计

选用武汉水测家一体式雷达水位计作为明渠流量监测核心设备，该设备集成水位采集、数据计算处理、通信接口、太阳能充电于一体，专为灌区明渠场景设计。测量范围：水位0-12m，精度±3mm；支持根据明渠断面类型（矩形、梯形、U型）及堰槽类型（巴歇尔槽、三角堰）预设流量计算公式，采集水位数据后自动换算流量。采用高频雷达技术，非接触式测量，不受水体含沙量、漂浮物、水草影响，有效避免接触式设备的磨损与堵塞问题。可耐受灌区极端温差与暴雨冲击；内置低功耗芯片，配合太阳能供电可实现长期免维护运行。部署于各级渠道断面或堰槽上游，通过专用支架固定，安装调试简单，无需破坏渠道结构。

（二）辅助监测设备

1.  武汉水测家雨量传感器：采用翻斗式原理，具备抗干扰、防堵塞设计。部署于监测点位周边，实时采集降雨量数据，为分析降雨-流量响应关系、优化灌溉调度提供依据。

2.  水文视频监控系统：配备高清红外摄像头，防护等级IP66，支持全天候实时监控，具备视频抓拍、录像功能。安装于渠道关键断面，实时监控水势、漂浮物及设备运行状态，配合流量数据实现“数据+图像”双重佐证，及时发现渠道堵塞、溢流等异常。

（三）数据传输与供电设备

1.  内置武汉水测家 SCJ-DATA22 低功耗测控终端（RTU）：数据传输核心，支持与一体式雷达水位计及辅助传感器无缝对接，兼容Modbus、HJ 212等协议。内置128MB存储器，可存储3年以上历史数据，通信中断后自动补传，确保数据不丢失。

六、场景应用

（一）大中型灌区渠首流量监测场景

在5万亩以上大中型灌区渠首安装武汉水测家一体式雷达水位计，搭配巴歇尔槽优化断面，实时采集水位并自动换算流量。数据通过4G网络上传至管理平台，管理人员可远程掌握总取水量变化；结合用水定额设定阈值，超量时自动预警，确保取用水符合许可要求。某大型灌区应用后，渠首流量监测精度提升至±2%，实现取水量实时监管，灌溉水利用效率提升12%。

（二）干支渠分水口精准计量场景

在灌区干支渠分界断面、乡镇用水分界点部署一体式雷达水位计，精准计量各区域用水量，为水权分配、水费收缴提供依据。平台自动统计各分水口流量数据，生成分区用水报表，支撑阶梯水价实施。河南省某中型灌区应用后，干支渠分水计量覆盖率达100%，水费收缴率从72%提升至96%。

（三）小型灌区典型监测场景

针对小型灌区分散特点，按3%-5%比例选取典型渠道安装一体式雷达水位计，结合区域种植结构与灌溉模式，推算全域用水量。采用太阳能供电+4G通信方案，大幅降低部署成本，满足小型灌区用水统计需求。某县小型灌区应用后，仅投入传统监测方案30%的成本，即实现区域用水精准核算。

（四）灌溉调度智能支撑场景

整合各级渠道流量数据、雨量数据及作物需水模型，平台智能分析灌溉供需关系，推送调度建议。如遇降雨预警，自动下调渠道流量；根据作物生长期需水规律，精准分配各片区用水量，实现节水与增产双赢。某灌区应用后，亩均灌溉用水减少18%，作物产量提升5%-8%。

（五）渠道异常预警与运维场景

通过一体式雷达水位计实时监测水位变化，当出现水位骤升（提示堵塞）、骤降（提示漏水）等异常时，平台立即推送预警信息，并联动视频监控确认情况。运维人员携带便携式流量计赶赴现场处置，大幅缩短故障处置周期，渠道运维效率提升70%。