水电站生态流量在线监测系统方案

一、建设背景

水电站生态流量监测背景是指在水电站运行过程中，为了保护和维护水生态环境，需要对水流进行监测和调节，确保生态流量能够达到一定的标准，从而保持水生态系统的平衡和稳定。

随着国家对生态文明建设要求的不断提升，水电站生态流量监测已成为保障河流生态功能、维持水生生物平衡的核心任务。根据《国家水资源监控能力建设项目实施方案（2025-2025）》及SL537-2025《水工建筑物与堰槽测流规范》要求，水电站需通过实时监测下泄流量、水位、水质等数据，确保下游河道最小生态流量达标，避免因流量不足导致水体自净能力下降、生态退化等问题。

二、监测现状分析

当前水电站生态流量监测主要面临以下技术难点与管理挑战：

监测点分布分散：水电站多建于偏远山区，下游监测点地形复杂、分布分散，传统生态流量监测依赖人工定期测流、离线数据整理，存在数据采集频次低（如每日1-2次）、传输滞后（数据需人工带回录入）等问题。

设备运维困难：监测设备位于野外环境，易受自然灾害、野生动物破坏以及设备老化影响，故障难以及时发现和处理。

数据准确性不足：传统接触式测量设备易受水质、泥沙、漂浮物影响，测量误差较大，且高含沙量水流会影响雷达流速测量精度。

监管手段有限：现有监测系统缺乏多维度数据分析与智能预警功能，难以实现生态流量达标率的实时评估与调控响应。

三、监测目的

水电站生态流量监测的目的意义在于保护水生生物和维护流域生态环境的稳定性，同时也是水电站合理运行的前提条件。

合规性监管：满足《河湖生态流量管理办法（试行）》等政策法规要求，确保水电站下泄流量符合生态管控指标。

生态保护：维持下游河道基本生态用水需求，保障水生生物栖息地、维系流域生态平衡，防止河道断流、水质恶化等问题。

实时监测与预警：实现生态流量数据自动采集、传输与分析，超限即时报警，提升响应速度与处置效率。

科学调度决策：为水电站生态调度提供数据支撑，平衡发电效益与生态需求，优化水资源配置。

四、建设思路

针对水电站生态流量监测需求，本系统采用“前端感知+数据传输+平台分析+应用服务”的一体化架构：

前端感知层：部署雷达流量计、水位计、闸位计、工业相机等传感器设备，实时采集河道流速、水位、流量及视频图像数据。

数据传输层：通过水利遥测终端机（支持4G/光纤）将标准化数据加密传输至云平台，支持断点续传与多协议接入。

平台分析层：基于云平台进行数据存储、分析与管理，实现生态流量达标率计算、趋势预测与报警联动。

应用服务层：提供Web端与移动端访问，支持实时监控、报警管理、报表生成等功能。

五、建设意义

生态效益：通过保障生态基流，维护河流健康生命，改善水生生物栖息环境，减少河道断流与水质恶化风险。

管理效益：实现水电站生态流量精细化监管，提升监管效率，降低人工巡检成本，强化责任追溯能力。

社会效益：增强水电站运营透明度和公信力，促进公众参与和监督，推动水资源可持续利用。

经济效益：避免因生态流量不达标导致的罚款或限产，同时为水电站优化调度提供数据支持，实现发电与生态的双赢。

六、系统架构

现场感知层有雷达流量计、雷达水位计、闸位计、工业相机、遥测终端机、市电供电系统等部分构成；

雷达流量计：用于非接触测量水表面的流速、水位和流量；

雷达水位计：用于测量水位；

工业相机：用于现场排口拍照；

遥测终端机：数据计算、存储、传输等。

网络传输层采用4G无线的方式长传

信息管理层实现数据储存查询、数据可视化、风险预警、统计分析、远程控制等功能。

七、生态泄流测量技术

采用与监测断面情况、水流特性及泄放措施相适宜的测流方式，以实时在线监测方式为主，其他人工比测率定为辅，能客观、准确反映泄放流量。生态泄流的测流方法及技术要求参照规范SL555、SL247、SL61及SL415，生态下泄流量监测资料参照规范SL247。

1.常规流速仪法。在监测断面处安装水位自动监测设施设备(水位自记井、水位计、电子水尺等)，用常规流速仪法测流，率定该监控断面水位流量关系，通过水位推求流量。

2.多普勒(ADCP)测流法。采用定点式ADCP，将仪器固定于水面、河底或水面以下某一位置，测定垂线或断面分层流速，根据ADCP测出的分层流速推求全断面流速，并通过流速仪或ADCP比测率定流量系数，推求断面流量。

3.实时雷达波测流系统。视监测断面流速情况，布设一个或多个雷达流速仪探头，实时监测水流表面流速，并通过流速仪或ADCP比测率定断面水面流速系数，推求断面流量。

4.电磁流量计。将流量计安装在满流管道上，通过感应电压与流速的正比关系，得到管道流量值。

5.水表法。根据常用流量选择水表口径，将选定水表安装于放水管道上，通过读取一定时间内的下泄水量推求下泄流量。

6.水工建筑物法

(1)侧堰泄流：采取侧堰泄放生态流量时，应根据堰闸类型、闸门开度与上下游水位监测值、流态类型，结合综合流量系数推求下泄流量。

(2)孔口、管道泄流：采用孔口、管道泄放生态流量时，应根据上下游水位监测值、流态类型，率定该管道水位流量关系，通过水位推求下泄流量。

(3)隧洞泄流：采用隧洞泄放生态流量时，应根据上下游水位监测值、流态类型，结合率定的或经验流量系数推求下泄流量。

(4)闸门放水：采用开启闸门泄放生态流量时，应根据堰闸类型、闸门开度与上下游水位监测值、流态类型，结合率定的或经验流量系数推求下泄流量。

(5)机组发电出流：通过机组发电泄放生态流量时，应根据发电功率、工作水头或实测水头推求下泄流量。

(6)抽水系统放水：人工抽水泄放生态流量的，应根据抽水站效率、水泵净扬程及功率计算下泄流量。

八、雷达流量计

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。

技术参数

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。

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