城市内河排涝流量监测项目方案,城市内涝监测预警

一、项目背景

城市内河是缓解城市内涝的重要通道，其排涝能力直接关系到城市防洪安全和居民生活质量。随着城市化进程加速，不透水地面面积占比攀升，极端强降雨事件频发，城市内涝风险逐年加剧。据住建部数据，2024 年全国 62% 的城市遭遇不同程度内涝，其中 40% 的内涝成因与内河排涝能力不足、流量监测缺失直接相关。

当前，城市内涝监测预警面临 “数据断层” 困境：排涝流量监测多依赖人工估算或单点监测，难以实时掌握河道行洪能力、管网汇入量及闸门调度效果。《城市内涝治理行动方案》明确要求 “2025 年前实现重点内河排涝流量动态监测全覆盖”，在此背景下，构建城市内河排涝流量监测体系，通过智能化设备实时捕捉流量、水位、水质等关键数据，为排涝调度、管网改造、闸门调控提供科学依据，成为提升城市防洪韧性的核心举措。

二、现状问题

监测覆盖不足：80% 的城市内河缺乏系统监测设施，老城区内河仅在泵站出口处设有简易流量计，支流汇入段、弯道等关键断面完全处于 “监测盲区”。例如，某省会城市内河总长 120 公里，仅 15 个监测点，密度不足 0.13 个 / 公里，暴雨时无法判断支流洪水汇入对主干流的冲击。

设备适应性差：现有接触式流量计（如电磁流量计）易受内河泥沙、漂浮物（塑料袋、树枝）影响，故障率高达 35%。某城市雨季因流量计传感器被水草缠绕，连续 7 天数据失真，导致排涝闸门调度滞后，造成 3 处低洼区积水。

数据协同薄弱：水利、市政、应急等部门的监测数据分散存储，格式不统一（如水利部门用 Excel 表格，市政部门用 GIS 系统），缺乏实时共享机制。内涝发生时，需人工汇总数据，耗时超 2 小时，错失最佳排涝时机。

调度依据不足：排涝调度依赖经验判断，缺乏流量 - 水位联动数据支撑。例如，某内河闸门操作人员仅凭水位高度决定开闸幅度，未考虑支流汇入流量，导致闸门开启过大引发下游倒灌。

应急响应滞后：流量异常时无自动预警机制，需人工巡检发现问题。2024 年某城市内河因管网破裂导致排涝流量骤减，4 小时后才被巡查人员发现，期间内涝面积扩大 1.2 平方公里。

三、解决思路

构建全域监测网络：按 “主干流每 2 公里 1 个、支流汇入段必设、弯道及闸门上下游加密” 原则布设监测点，重点区域（如城市 CBD、低洼区上游）监测密度提升至 0.5 个 / 公里，实现内河排涝流量 “全程可见”。

推广非接触式技术：采用雷达流量计、超声波流量计等非接触设备，避免泥沙、漂浮物干扰；同步配套水位、水质传感器，构建 “流量 - 水位 - 水质” 多参数协同监测体系。

搭建智能数据平台：整合多部门监测数据，统一数据标准（如采用 JSON 格式），开发可视化平台，支持流量动态曲线、闸门状态、内涝风险等信息实时展示，数据更新频率≤1 分钟。

建立联动调度机制：基于流量 - 水位模型，设置分级预警阈值（如流量超设计值 80% 时预警），自动推送调度建议（如闸门开启度、泵站启停组合）至指挥中心，实现 “监测 - 预警 - 调度” 闭环响应。

强化应急保障能力：为监测设备配备双电源（市电 + 太阳能）和双通信（4G/5G + 北斗），确保极端天气下数据不中断；建立设备故障快速响应团队，2 小时内到场维修。

四、硬件感知体系

流量监测设备

雷达流量计：安装于内河岸边立杆或桥梁，采用 24GHz 高频雷达，流速测量范围 0.1-20m/s。

超声波流量计：在支流汇入段等狭窄河道布设，采用时差法测量，测量精度 ±1.5%，需要规整河道环境。

辅助监测设备

雷达水位计：与流量监测点同步布设，高频雷达，测量范围 0-10m，精度 ±3mm，输出 RS485 信号，用于校验流量 - 水位关系。

水质传感器：在排涝口、闸门下游布设，监测溶解氧（0-20mg/L）、浊度（0-1000NTU），判断水体污染程度，避免排涝导致水质恶化。

视频监控设备：配备高清球机（400 万像素），支持 360° 旋转，具备 AI 识别功能，可自动识别水面漂浮物聚集、河岸坍塌等险情。

数据传输与供电设备

数据采集终端：工业级 RTU，支持 8多路传感器接入，本地存储≥3 年数据，具备边缘计算功能，可本地判断流量异常并触发预警。

通信模块：4G/5G 模块支持全网通，北斗短报文模块单次通信量≥200 字节，无地面网络时自动切换，优先传输预警信息。

供电系统：市电 + 60W 太阳能板 + 12V/100Ah 磷酸铁锂电池，连续阴雨续航≥15 天，配备防雷模块（耐流 20kA）。

辅助设施

监测立杆：采用 Φ159mm 热镀锌钢管，基础埋深 1.2m（混凝土浇筑），抗风等级≥12 级，顶部加装避雷针。

防护箱：IP68 级防水箱体，内置除湿装置，确保 - 30℃-70℃环境下设备正常运行。

五、产品选型

1、流量监测设备

雷达流量计：选用武汉水测家科技SCJ-LL21，24GHz 高频雷达，通过动态滤波算法过滤波浪干扰，即使水面有漂浮物也能稳定测量。设备支持远程调试，安装时无需断流，1 小时内可完成部署，适合城市内河不间断排涝场景。

2、辅助监测设备

水质传感器：选用武汉水测家溶解氧传感器 + 浊度仪组合，溶解氧测量范围 0-20mg/L（精度 ±0.1mg/L），浊度测量 0-1000NTU（精度 ±2%），支持自动清洁，减少维护频率。

3、数据传输与供电设备

数据采集终端：选用武汉水测家科技SCJ-RTU01，搭载 ARM Cortex-M4 处理器，支持多路传感器接入，具备边缘计算功能，可本地设置流量预警阈值。

通信与供电：4G/5G 模块内置在遥测终端机里面；供电系统采用天合光能 60W 太阳能板 +12V/100Ah 磷酸铁锂电池，配套充电控制器，充电效率≥96%。

六、场景应用

暴雨排涝调度：某城市内河主干流监测点在 1 小时内监测到流量从 3m³/s 升至 12m³/s（超设计值 80%），同步支流雷达流量计显示汇入流量达 4m³/s。智能平台自动生成调度方案：开启下游 2 号闸门至 60% 开度，启动沿岸 3 座泵站（总抽排能力 5m³/s）。实施后 30 分钟，主干流流量降至 8m³/s，避免下游低洼区积水。

支流洪水预警：内河支流监测点的超声波流量计发现流量骤增（5 分钟内从 0.5m³/s 升至 3m³/s），结合雷达水位计数据（水位涨幅 0.8m），系统判断为支流山洪汇入，立即推送预警至指挥中心。防汛人员提前关闭支流汇入段闸门，30 分钟后闸门上游水位上涨 1.2m，下游主干流未受影响。

设备故障应急：台风期间，某监测点 4G 信号中断，自动切换至北斗短报文传输数据；太阳能供电因连续阴雨电量降至 20%，启动市电备用电源。运维平台通过倾角传感器发现立杆倾斜 3°（预警阈值 5°），派无人机勘察发现岸边泥土松动，2 小时内完成加固，设备未中断运行。

排涝效果评估：通过 3 个月流量监测数据对比，发现某河段排涝能力较设计值低 20%，结合视频监控确认河道淤积（淤泥厚度 0.5m）。市政部门据此制定清淤计划，清淤后该河段流量提升至设计值 110%，内涝消退时间缩短 40%。