天然河道水位流量在线监测预警系统方案

一、背景概述

在全球气候变化的大背景下，极端天气事件愈发频繁，暴雨洪涝灾害给人们的生命财产安全带来了巨大威胁。天然河道水位、流速、流量作为洪涝灾害预警的关键指标，实时、精准的在线监测至关重要。东南亚河流众多，流域情况复杂，传统的水位流量监测手段难以满足日益增长的防洪减灾需求。部分偏远地区的河道缺乏有效的监测设备，导致在洪水来临时无法及时获取水位信息；而一些已有的监测设备存在精度低、稳定性差等问题，无法准确反映水位的变化趋势，使得预警工作面临诸多挑战。

世界各国高度重视水安全问题，出台了一系列政策推动河道水位监测工作的发展。明确要求加强雨情、水情监测预警，提高灾害预警的时效性和准确性。各国也在积极推进智慧水利建设，鼓励运用先进的技术手段提升河道水位流量监测预警能力，实现对洪水的精准预报和科学调度。各地方政府也纷纷响应，加大对河道水位流量监测系统建设的投入，推动监测设备的更新换代和监测网络的完善。

二、传统监测困境

监测精度受限：传统的人工测量方式不仅效率低，而且受环境因素影响大，精度难以保证。在一些水流湍急、地形复杂的天然河道，人工测量存在较大的安全风险，且测量结果可能存在较大误差。部分机械式水位计在长期使用后，由于机械磨损等原因，精度会逐渐下降，无法准确反映水位变化。

数据传输滞后：许多河道监测点分布在偏远地区，通信条件差，导致水位流量数据传输不及时。一些监测设备采用的是定时传输数据的方式，无法实时获取水位的变化情况，在洪水快速上涨时，可能会错过最佳的预警时机。

设备稳定性不足：在恶劣的自然环境下，如暴雨、洪水、高温、低温等，传统监测设备的稳定性面临考验。一些设备容易受到雷击、水淹等损坏，导致监测工作中断。而且，部分设备的维护成本高，需要定期进行检修和更换零部件，增加了监测工作的难度和成本。

缺乏综合分析能力：传统监测系统往往只能提供单一的水位数据，无法对水位流量变化与其他因素（如降雨、上游来水、河道地形等）进行综合分析。这使得预警信息的准确性和可靠性受到影响，难以满足防汛决策的需求。

三、解决方案：雷达流量计构建智能监测网

（一）系统概述

河道水位流量监测系统通过在河道监测点布设河道流量监测感知设备，实时掌握河道流量状况，实现河道运行状态的实时感知和城域化汇集管理，并通过可靠的传输网络将采集到的数据接入到各个应用系统中，实现实时监测告警，实时掌握河道水情变化。

（二）系统架构

1. 数据采集层：

由分布在河道不同位置的雷达水位计或气泡水位计组成，实时采集水位数据。这些设备通过传感器将水位信息转化为电信号，并进行初步处理和存储。

2. 数据传输层：

遥测终端机采用无线传输技术，如4G、NB-IoT等，将采集到的水位数据实时传输至数据中心。对于通信条件较差的偏远地区，可以结合卫星通信技术，确保数据的可靠传输。同时，在传输过程中，对数据进行加密处理，保证数据的安全性和完整性。

3. 数据处理与分析层：

数据中心接收到水位数据后，利用大数据分析技术和数学模型，对水位变化趋势进行预测分析。结合降雨数据、上游来水信息以及河道地形等因素，综合判断洪水发生的可能性和危险程度。

4. 预警发布层：

当监测到水位超过预警阈值时，系统自动通过多种渠道发布预警信息，如短信、语音广播、APP推送等。预警信息能够及时传达给相关部门、沿岸居民和防汛责任人，以便采取相应的防洪措施。

（三）功能特点

1. 实时监测与预警

系统能够实时监测河道水位变化，一旦水位达到预设的预警阈值，立即发出预警信号，确保在洪水来临前有足够的时间进行人员疏散和物资转移。

2. 数据分析与预测

通过对历史水位数据和实时监测数据的分析，建立水位预测模型，提前预测水位变化趋势，为防汛决策提供科学依据。

3. 远程监控与管理

管理人员可以通过手机、电脑等终端设备，远程监控河道水位情况，对监测设备进行远程管理和维护，提高工作效率。

4. 多平台融合

系统可以与地理信息系统（GIS）、防汛指挥系统等进行融合，实现数据共享和协同工作，为防汛减灾提供全方位的支持。

（四）设备清单

（五）设备选型

5.1雷达流量计

5.1.1产品简介

SCJ-LL21雷达流量计是一款集成雷达测速，雷达测量水位的一体化测流产品，利用电磁波的多普勒效应测量水体流速，利用调频连续波（FMCW）技术测量水位；内部集成信号处理器,专有的流速计算算法,可以快速准确的计算出水体流速，水位,而且无需校准,无漂移。

采用铝合金CNC加工一体化成型，防护等级达到IP68，可以在潮湿环境下稳定工作，同时在被水淹没的情况下也不会导致设备损坏；

SCJ-LL21雷达流量计是一款高精度的非接触式测流设备,广泛应用于灌区渠道,自然河道,城市排水管网,由于非接触的测量，因此无需担心设备阻挡水流，杂物，可在野外或管网内使用长期使用免维护。

5.1.2技术参数

5.1.3安装选点

测量位置的选择与测量流量的准确性有直接的关系，为了得到更加准确的测量结果，安装位置要尽可能满足以下条件：

①测量位置平直，水流稳定，无石块阻水，无大漩涡，乱流等现象。

②测量位置水流集中，渠道宽度稳定。

③最好进行硬化处理，渠道断面规整。

④水流顺畅，无漂浮悬浮物或其它杂物堆积。

⑤安装位置空旷，四周无遮挡。

⑥避开汇流位置。

⑦避开高压线，请不要在高压线下面安装。

5.1.4立杆安装

选择平直陡峭段（坡面过大水位降低后可能照射不到水面），渠道水流平稳，速度快的地方，建议渠道做硬化处理，设备安装在横臂上，保持设备水平逆流（斜面朝向水来的方向）安装示意图如下：

避免在渠道转弯，水底不平，水中有大量漂浮物或障碍物位置安装，同时注意岸边树木或其它障碍物不要在雷达波照射范围内，避免造成数据不稳定(横臂外径需要大于40mm)；

立杆横臂安装示意图

立杆横臂安装-设备细节图

5.2遥测终端机

5.2.1产品简介

SCJ-RTU01遥测终端机是一款集成4G DTU的低功耗物联网数据采集终端，配备2.8寸TFT LCD显示屏，支持流量,水位,水质,气象数据采集传输,内置大容量SD卡,可以满足3年的数据存储需要,同时支持远程配置升级功能,降低客户安装使用难度。

产品特点：

n内部集成4GDTU，无需外部DTU即可通讯；

n自带2.8寸TFT显示屏，以及操作按钮，便于现场调试；

n默认支持512MBSD卡存储（1分钟一条数据可以存储3年）；

n支持TYPE-CUSB接口，方便与计算机连接；

n支持多路485以及RS232接口；

n支持2路4-20mA输出与2路4-20mA模拟量采集接口；

n支持2路脉冲/开关信号采集；

n支持本地/远程配置升级，历史数据补发功能；

n极低的待机功耗；

n支持4个中心站同时发送数据(同一时刻,4个中心站同时发送)；

n支持4个中心站选择不通的通讯协议与4个中心站通讯；

n支持快速定制通讯协议以及传感器采集协议；

5.2.2设备接口

注意:使用4-20mA输出时请确保供电电压为10V以上(建议使用DC12V供电)；

（六）设备对比

6.1多普勒超声波流量计VS雷达流量计

6.2 OTT雷达水位计VS水测家雷达水位计

附OTT雷达水位计参数

6.3进口设备VS武汉水测家

四、项目价值

1. 提高预警准确性和及时性

雷达流量计的高精度测量以及遥测终端机高效实时数据传输，使得预警信息更加准确、及时。提前的预警时间可以让相关部门有更充足的时间组织防汛抢险工作，减少人员伤亡和财产损失。

2. 降低防汛成本

自动化的监测系统减少了人工测量的工作量和成本，同时通过准确的预警，避免了不必要的防汛物资浪费，提高了防汛资金的使用效率。

3. 助力科学决策

丰富的数据分析功能为防汛决策提供了科学依据，帮助决策者制定更加合理的防汛方案，优化资源配置，提高防汛工作的科学性和有效性。

4. 促进水资源管理

除了用于防汛预警，该系统采集的水位数据还可以为水资源管理提供支持，帮助合理调配水资源，保障水资源的可持续利用。

五、应用案例

某项目安装了本河道水位流量在线监测预警系统，在一次强降雨过程中，系统提前监测到水位快速上涨，及时发出了预警信息。相关部门根据预警，迅速组织人员对沿岸低洼地区的居民进行疏散，并提前做好了防汛物资的调配和抢险队伍的部署。由于预警及时、措施得力，成功避免了一场可能发生的洪涝灾害，保障了城市的安全和居民的生命财产安全。在后续的运行过程中，系统不断优化和完善，为该城市的防汛工作提供了可靠的技术支持。