4G水流量在线监测应用方案

一、项目背景与行业痛点

河流、渠道、水库泄流、城市排水、排污口、山洪沟道及其他明渠水体的流量，是水文监测、防汛调度、水资源管理、灌区输配水、生态流量监管、市政排水和工程运行管理中的重要基础参数。相比单纯水位监测，流量能够进一步反映单位时间内通过监测断面的实际水量，是评价来水、泄水、排水及输水能力的重要工程指标。

传统流量测验通常采用流速仪法、浮标法、ADCP、量水建筑物或者人工断面测流等方式。这些方法在水文测验和工程校核中具有重要作用，但部分方法需要人员到现场布设设备、进入河道、乘船或者跨越桥梁完成测量，在洪水、暴雨、夜间、急流及危险河段条件下作业风险较高，而且人工计划通常只能获得特定时刻或特定时段流量，难以形成全年连续流量过程。

对于防汛和城市内涝应用，仅知道当前水位往往不足以描述真实水情。同样的水位，在不同河道断面、糙率、回水和流速条件下可能对应不同流量；同样的流量，在河道淤积、断面改变以后也可能对应不同水位。因此，水流量综合在线必须同时掌握流速、水位和断面几何关系。

雷达测流属于非接触测量技术。雷达流速仪安装于桥梁、岸边支架、渠道构筑物或其他稳定结构上方，通过电磁波感知水面运动获得表面流速；雷达水位计同步测量水位。系统根据实时水位确定当前过水断面积，再根据表面流速与断面平均流速之间的修正关系计算断面流量。

需要特别明确：

雷达表面流速 ≠ 断面平均流速。

实时水位 ≠ 实时流量。

流速 × 一个固定面积 ≠ 所有水位条件下的真实流量。

传感器流速精度 ≠ 整套断面流量计算精度。

水流量的可靠计算依赖于流速、水位、断面、安装位置、流速代表性以及现场率定模型共同作用。

尤其是不规则天然河道，当水位变化时过水面积、湿周、主槽位置甚至主要流速带都会发生变化，不能采用一个固定断面积长期计算所有工况。系统需要建立“水位—断面面积”关系，并根据现场测流成果对表面流速修正系数或流量模型进行率定。

4G水流量在线监测系统的价值并不只是把流速仪接入网络，而是形成：

实时水位 → 实时表面流速 → 当前过水面积 → 平均流速修正 → 断面瞬时流量 → 累计水量 → 流量变化速率 → 水位流量关系 → 异常预警 → 水文及工程管理

的完整技术链路。

S-CGFLOW01水流量监测系统采用雷达流速仪、雷达水位计与采集主机作为现场感知核心，通过4G蜂窝通信将流速、水位和计算流量实时上传SIYB®数据管理平台，实现全天候水流量在线监测、历史趋势、累计水量、变化速率、阈值告警及多站点集中管理。

二、建设目标与监测目标

1. 建设目标

建设由雷达流速仪、雷达水位计、采集主机、4G通信、供电防护和SIYB®数据管理平台组成的水流量在线监测系统，实现河流、渠道、排水口、水库泄流及城市内涝等场景水位、流速和流量连续监测。

系统应建立稳定测流断面，对河道或渠道断面进行工程测量，形成断面高程坐标数据，并将断面模型与实时水位建立关系，使平台能够自动计算不同水位条件下实际过水面积。

系统应保留原始水位、原始流速以及最终流量结果，使流速修正系数、断面模型或流量算法调整以后能够重新分析历史数据。

2. 监测目标

连续获取水体表面流速。

连续获取河道或渠道实时水位。

根据水位自动计算当前过水断面积。

根据经过现场确认的流速修正模型计算断面平均流速。

自动计算断面瞬时流量。

计算小时、日、月及自定义周期累计过水量。

计算流量上涨和下降速率。

识别洪水涨流、退流和峰值过程。

分析水位—流量关系。

分析降雨—水位—流量响应过程。

比较多个站点上下游流量变化。

最终使系统能够回答：

当前水位是多少 → 当前表面流速是多少 → 当前过水面积是多少 → 当前实际流量是多少 → 最近流量上涨多快 → 洪峰流量什么时候出现 → 今日累计通过多少水量 → 当前流量与历史同期相比是否异常 → 上下游水量变化是否合理。

三、需求分析

1. 必须区分表面流速和断面平均流速

雷达流速仪直接测量的是雷达照射水面区域的表面流速。

工程流量计算需要的是整个过水断面的平均流速。

二者通常通过现场率定得到的修正关系进行转换，因此不能直接将雷达表面流速乘以断面积作为所有河道和所有工况下的最终流量。

2. 必须建立真实断面模型

天然河流、排洪沟和不规则渠道应通过断面测量获得多个高程坐标点，建立断面几何模型。

平台根据实时水位自动计算当前淹没区域及过水面积，而不是长期使用一个固定面积。

3. 断面应具有水力代表性

综合在线断面应尽量选择河道顺直、水流相对集中、断面稳定且上下游没有明显急剧扩散、收缩、跌水、回流或大规模横向来流的位置。

如果选址处水流存在明显漩涡、回流、分汊或局部冲击，单台雷达流速仪测得的表面流速可能缺乏断面代表性。

4. 雷达流速测点应覆盖主要流速带

天然河道主流位置可能并不位于几何中心。

测流站选址和调试阶段应通过人工计划或ADCP等方式识别主要流速区域，并确定雷达照射位置。

5. 流速修正系数必须通过项目条件确定

表面流速与平均流速的比例受到断面形态、糙率、水深、流态、风场和水面状态影响。

项目宜通过多个代表性水位和流量条件下的人工计划成果进行率定，而不是直接采用一个未经验证的固定经验系数。

6. 低流速应用必须关注产品量程下限

S-CGFLOW01说明书给出的流速量程下限为0.30m/s。

当长期实际流速低于0.30m/s时，已超出当前说明书确认的流速测量范围，不宜未经验证继续将数据作为正式流量成果。

低流速水体应重新确认传感器版本或采用其他适合的测流技术。

7. 高流速应用应校核最大量程

产品说明书给出的流速上限为15.00m/s。

山洪、泄洪和陡坡渠道等高速流场应根据设计洪水和历史最大流速校核设备量程及安装安全条件。

8. 水位计参数必须以最终配置为准

当前S-CGFLOW01说明书没有列出配套雷达水位计的具体量程、精度和盲区参数。

因此设计和招标阶段不应自行补写未经确认的雷达水位计参数，最终应以项目配置清单和配套水位计技术资料为准。

9. 流速精度不能直接写成流量精度

说明书给出的流速测量精度为±2%～±5%，根据安装条件和具体版本确定。

最终流量还受到水位、断面面积、流速修正模型、测点代表性和水力状态影响，因此不能将±2%～±5%直接写成整套流量系统综合色精度。

10. 风浪可能影响表面流速代表性

雷达测量的是水面运动信息。强风、水面波浪、船舶扰动及局部紊流可能影响表面速度与断面主体流速之间的关系。

湖库宽阔水面、风浪显著区域应慎重选择测流断面。

11. 河道断面会发生变化

洪水冲刷、泥沙淤积、河道整治、施工和水草生长均可能改变断面。

长期监测项目应根据现场变化定期复测断面，避免平台长期使用失效几何模型。

12. 回水条件需要专项分析

下游闸门、水库顶托、潮位及其他回水作用可能导致相同水位对应不同流量。

这种情况下不能只采用传统单值水位—流量关系，应重点依靠实时流速和断面模型，并进行现场比测验证。

13. 涉及倒流或潮汐双向水流时必须确认设备能力

当前产品说明书没有明确给出负流速、反向流速或双向流测量技术指标。

如果项目存在潮汐往复流、泵站倒流或明显反向流动，应在设备选型阶段专项确认，不能默认当前型号具备双向流量计量能力。

14. 雷达明渠测流不应直接用于密闭压力管道

S-CGFLOW01技术路线基于水面流速、水位和明渠断面模型。

对于满管有压管道，应采用与管道流量测量相匹配的电磁、超声或其他经过确认的流量计量方式。

四、总体解决方案

S-CGFLOW01 4G水流量在线监测系统采用“雷达表面流速＋雷达水位＋实测断面＋流速修正模型＋4G通信＋SIYB®数据管理平台”的总体技术架构。

项目首先选择具有代表性的测流断面，对河道或渠道进行断面测量，获得横向距离和河床高程数据，建立数字化断面模型。

雷达流速仪安装于桥梁、岸边支架、渠道横梁或其他稳定结构上，照射主要流速区域，连续测量表面流速。

雷达水位计同步测量水面高程或水深。

采集主机统一采集流速、水位和设备状态，通过4G蜂窝网络实时上传SIYB®数据管理平台。

平台根据实时水位自动计算当前过水面积A(H)，再根据现场率定后的流速修正模型将表面流速V_s换算为断面平均流速V_m，最终计算断面流量：

Q = A(H) × V_m

系统总体数据链路为：

河流/渠道水体 → 雷达表面流速 → 雷达水位 → 数字化断面 → 平均流速修正 → 实时断面流量 → 4G上传 → SIYB®数据管理平台 → 流量趋势 → 累计水量 → 洪峰识别 → 阈值预警 → 水文及工程管理。

需要更高精度的工程，可在建设期和运行期采用流速仪、ADCP或其他项目认可方法进行人工计划，对不同水位工况下的流速修正系数进行持续优化。

五、系统架构设计

1. 表面流速感知层

采用雷达流速仪非接触测量目标水面流速，避免传感器长期浸水、漂浮物碰撞和洪水期间水下维护困难。

2. 水位感知层

采用配套雷达水位计连续监测水面位置，为过水面积计算提供实时水位参数。

3. 断面模型层

将实测河床或渠道断面坐标录入平台，建立水位变化与过水面积之间的数学关系。

4. 现场采集层

采集主机统一获取流速、水位、时间和设备状态，并完成工程参数组织。

5. 4G通信层

采用4G蜂窝网络将现场监测数据实时上传远程管理平台，适合河流、山洪沟、水库、排水口等分散监测站部署。

6. 流量计算层

按照断面模型和经过项目验证的流速修正方法计算实时断面流量。

7. 综合应用层

SIYB®数据管理平台完成实时数据、历史过程、累计水量、洪峰、报警、报表、多站点及设备运维管理。

六、监测内容与监测方法

1. 表面流速

连续测量雷达照射区域水体表面流速，单位通常采用m/s。

2. 实时水位

连续获取河流、渠道或排水断面的水面高程或相对于工程基准的水位。

3. 过水深度

根据水位高程和断面河床高程计算当前不同横向位置水深。

4. 过水面积

根据实时水位与数字化断面求取当前有效过水面积A(H)。

5. 断面平均流速

依据现场率定模型，将雷达表面流速转换为能够代表当前断面的平均流速。

6. 瞬时流量

实时计算单位时间通过测流断面的水量：

Q = V_m × A

7. 累计水量

对瞬时流量随时间积分，计算小时、日、月和自定义周期累计过水量。

8. 流量变化速率

计算单位时间流量增长或下降速度，用于识别洪水快速上涨和退水过程。

9. 最大流量及发生时间

自动统计一次水文过程、每日、每月、汛期及年度最大流量及对应时间。

10. 水位—流量关系

长期积累实时水位和流量数据，分析不同水位下实际流量变化规律。

11. 流速—水位联合过程

分别保留水位和流速曲线，避免只保存最终流量以后无法分析异常来源。

12. 多站点上下游流量

河流和渠道可在上下游设置多个测流站，对不同断面流量变化及传播时间进行比较。

七、技术原理与算法模型

1. 雷达流速测量原理

雷达流速仪向水面发射电磁波，运动水面产生多普勒频移。设备根据回波频率变化计算雷达测量方向上的水面运动速度。

其基本物理关系可表示为：

f_d ∝ V_r

其中f_d为多普勒频移，V_r为雷达波束方向上的速度分量。

实际雷达内部算法、载频和信号处理方式以具体产品技术资料为准。

2. 安装角度修正

如果雷达直接输出的是波束方向速度分量，且波束在水面方向与实际流向夹角为α，则理论上需要进行几何修正：

V_s = V_r / cosα

如果设备内部已经完成安装角度补偿，平台不得再次重复修正。

具体处理方法应依据最终传感器通信数据定义。

3. 表面流速与平均流速

单雷达测点工程中，可采用：

V_m = K_v × V_s

其中：

V_m为断面平均流速。

V_s为雷达表面流速。

K_v为现场率定的表面流速修正系数。

K_v并不是不同河道通用固定常数，应依据现场比测确定。

4. 规则矩形渠道断面

若渠道底宽为B、水深为h，并且断面确认为矩形，则：

A = B × h

流量：

Q = B × h × V_m

5. 梯形渠道断面

对于底宽B、两侧边坡系数m、水深h的对称梯形渠道：

A = (B + mh) × h

最终流量：

Q = A × V_m

具体边坡定义应保持与项目设计参数一致。

6. 不规则天然河道断面

天然河道可使用一组实测断面坐标：

(x₁,z₁)、(x₂,z₂)……(x_n,z_n)

根据当前水位H求取各分段被淹没面积：

A(H) = ΣA_i(H)

平台自动完成断面分割和面积积分。

S-CGFLOW01产品资料明确支持不规则河道断面建模与平台流量计算。

7. 单点代表流速法

对于单台雷达流速仪，可以采用：

Q(t) = A[H(t)] × K_v[H(t)] × V_s(t)

高要求项目可将K_v设置为随水位变化的分段模型，而不是长期使用单一常数。

8. 多流速测点分区模型

宽河道、复式断面或者主槽与滩地差异明显时，可以设置多个具有代表性的流速测点，将断面划分为若干区域：

Q = ΣA_i × V_mi

每个分区的速度修正模型应根据现场数据确定。

9. 瞬时流量

当前断面瞬时流量通常以m³/s表示：

Q(t) = A(t) × V_m(t)

10. 累计水量

在时间区间[t1,t2]内：

W = ∫Q(t)dt

离散数据可表示为：

W ≈ ΣQ_iΔt_i

计算时应统一秒、小时与立方米等单位。

11. 流量变化速率

在时间区间[t1,t2]内：

V_Q = [Q(t2)-Q(t1)] / (t2-t1)

洪水过程中VQ能够反映流量上涨或下降速度。

12. 水位变化速率

同步计算：

V_H = [H(t2)-H(t1)] / (t2-t1)

将水位涨速和流量涨速联合分析，有助于认识不同断面的洪水过程。

13. 水位—流量关系

长期监测可建立：

Q = f(H)

但对于明显回水、断面变化或者非稳定流条件，Q与H可能不再是一一对应关系。

此时实时流速测量比单纯依据水位查曲线更有意义。

14. 流量比测修正

设标准或项目认可方法同期流量为Q_ref，雷达系统初始计算结果为Q_radar，可以通过多个水力工况建立项目修正模型：

Q_ref = f(Q_radar, H)

具体模型应通过现场数据拟合和专业审核确定，不应为使单次结果一致而随意修改系数。

15. 系统测量误差来源

断面流量综合色误差通常包含：

雷达流速测量误差。

表面流速代表性误差。

水位测量误差。

断面测量误差。

流速修正模型误差。

断面变化误差。

因此产品说明书中的流速测量精度不能直接作为最终流量成果精度。

八、系统功能设计

系统支持雷达流速、水位和流量实时综合在线采集。

支持4G蜂窝网络实时远程传输。

支持实时表面流速展示。

支持实时水位展示。

支持断面数字化建模。

支持不规则河道断面面积自动计算。

支持表面流速修正系数配置。

支持分水位区间流速修正模型。

支持实时断面流量计算。

支持累计水量计算。

支持流量、水位和流速历史曲线。

支持洪峰流量及峰现时间自动统计。

支持最高、最低及平均流量统计。

支持流量上涨和下降速率计算。

支持水位—流量关系分析。

支持雨量—水位—流量联合分析。

支持多站点上下游过程比较。

支持流速、水位、流量及设备状态分级预警。

支持日报、月报、汛期报表、年报及自定义数据导出。

支持测站、断面、传感器、流速系数、率定记录及维护档案管理。

当传感器或4G通信状态异常时，平台应明确显示最后有效数据时间和设备状态，不得把最后一次历史测值持续标记为当前实时流量。

九、硬件组成与配置方案

1. S-CGFLOW01雷达流速仪

采用非接触方式实时测量目标水面表面流速，是系统流速感知核心。

2. 雷达水位计

用于同步测量测流断面的实时水位，为过水面积和断面流量计算提供基础数据。

具体量程、精度及盲区根据项目配套水位计选型确定。

3. 数据采集主机

统一采集雷达流速仪、雷达水位计及设备运行状态，并进行数据组织和远程通信。

4. 4G通信单元

采用4G蜂窝网络实现监测站与SIYB®数据管理平台之间实时数据连接。

具体通信频段、SIM及运营网络配置以项目实施方案为准。

5. 安装支架

根据桥梁、河岸、渠道、排水口或水工结构设置专用刚性安装支架，保证雷达长期位置和方向稳定。

6. 现场机箱

用于安装采集主机、4G通信、电源、防雷及其他辅助设备。

7. 市电供电系统

适用于城市河道、固定渠道、水库和具备稳定供电条件的站点。

8. 太阳能供电系统

适用于偏远河流、山洪沟、水库和野外渠道，太阳能板和蓄电池容量应依据整站实际功耗及最不利气候条件核算。

9. 雨量监测设备

防汛、水文及城市内涝项目可同步配置翻斗式雨量计，建立降雨—水位—流量响应链。

10. 视频监控设备

重要测站可增加摄像机，用于远程观察河面、漂浮物、断面、洪水和设备现场状态。

十、核心设备参数

1. S-CGFLOW01核心技术参数

系统型号：S-CGFLOW01。

核心设备：雷达流速仪、雷达水位计与采集主机。

流速测量范围：0.30～15.00m/s。

流速分辨率：1～2mm/s，根据具体传感器版本确定。

流速测量精度：±2%～±5%，根据安装条件和具体版本确定。

传感器防护：IP66或IP67，根据具体版本确定。

断面计算能力：支持不规则河道断面建模与平台流量计算。

远程通信：本方案采用4G蜂窝网络。

2. 流速量程边界

0.30～15.00m/s为说明书确认的流速量程。低于或高于该范围的应用应重新确认设备版本或更换适用测流方式。

3. 流速分辨率边界

1～2mm/s属于流速数字分辨能力，并不表示最终断面流量具有1～2mm/s对应的同等级精度。

4. 流速精度边界

±2%～±5%是雷达流速测量指标，并明确受到安装条件及设备版本影响。

断面流量总体精度还需考虑水位、断面测量和平均流速转换模型。

5. 水位计参数边界

当前产品说明书未给出配套雷达水位计的量程、精度、分辨率和盲区，因此本方案不虚构相关技术参数。

实际招标参数应依据最终S-CGFLOW01项目配置清单补充。

6. IP等级边界

IP66或IP67属于具体传感器版本防护能力，不代表采集机箱、接插件、天线、太阳能系统和整座监测站全部自动具有相同防护等级。

7. 4G通信边界

4G属于本方案数据远程传输方式，不改变流速和流量本身的测量性能。站点建设仍应根据现场运营商网络覆盖情况开展通信测试。

十一、软件平台与数据展示

SIYB®数据管理平台按照“项目—河流/渠道—监测站—测流断面—设备”的层级组织数据。

项目总览显示当前最大流量、最高水位、最大流速、流量快速上涨站点、告警站点数量及设备在线状态。

单站页面显示：

当前水位。

当前表面流速。

当前平均流速。

当前过水断面积。

当前瞬时流量。

24小时累计水量。

当前流量变化速率。

当日最大流量及发生时间。

设备和4G通信状态。

断面页面可绘制河床实测横断面，并实时叠加当前水位线，使管理人员直观看到当前过水面积。

历史页面可同时展示水位、表面流速和流量三条时间序列，用于判断流量变化主要来自水位变化还是流速变化。

防汛项目可增加雨量柱状图，并将雨量、水位和流量置于统一时间轴。

多个站点可以通过地图方式集中展示，并按照河流上下游顺序组织，实现流域或区域水文站网管理。

十二、数据分析与智能应用

1. 洪水过程分析

连续记录一次洪水从起涨、快速上涨、洪峰到退水全过程，自动统计起涨时间、最大流量、峰现时间、洪峰持续及退水过程。

2. 降雨—流量响应分析

接入雨量站后，可分析一次降雨开始后河道何时开始涨流、达到洪峰所需时间以及降雨强度和流量峰值之间的关系。

3. 水位—流量联合分析

通过长期H-Q散点和过程曲线，分析测流断面在不同水力条件下水位与流量之间的关系。

如果涨水过程和退水过程在相同水位下对应不同流量，可以直观看到非单值水位—流量关系。

4. 上下游传播分析

河流设置多个站点时，可比较上游流量峰值到达下游的时间差，分析洪水传播过程。

5. 渠道输水效率分析

在渠道上下游同时布设流量监测站，可比较不同区段流量变化，为输配水和异常漏损分析提供基础数据。

实际水量平衡还应考虑取水、支渠分水、蒸发及其他水量交换。

6. 水库泄流过程分析

在适合测流的下游明渠断面设置综合在线站，可以观察泄流调度以后实际下泄流量变化。

对于闸孔、溢洪道或复杂水工建筑物本体流量计算，应结合对应水工模型，不能未经验证直接以单点表面雷达流速替代建筑物设计泄量。

7. 城市排水过程分析

排水渠、明渠排口可分析暴雨前后水位和流量增长过程，为排水能力评价和城市内涝过程分析提供连续数据。

8. 断面变化识别

长期运行中，如果雷达流速和水位趋势正常，但同水位下流量长期发生系统性偏移，应结合断面复测检查河床冲淤及水草影响。

9. 设备异常识别

水位稳定但流速突然出现非物理突变，或者流速长期固定不变，可优先检查雷达照射区域、支架方向、漂浮物和设备状态。

10. 多源数据综合分析

水流量可与雨量、水质、视频、水库水位和闸门状态等数据结合，由单一水文参数监测扩展为完整水情监测系统。

十三、预警机制与决策支撑

水流量预警应根据河流防洪标准、渠道设计能力、排水工程设计流量、水资源管理要求及专项监测方案确定，不应由设备厂家统一设置所谓通用安全流量。

1. 高流量预警

当实时流量达到项目规定控制值时形成分级告警。

2. 快速涨流预警

当前流量尚未达到最高控制值，但流量短时间快速增加时，可形成趋势预警。

3. 高水位联合预警

可建立：

水位升高＋流速增加＋流量快速上涨

的联合判断逻辑。

4. 强降雨联合预警

防汛和山洪应用可建立：

区域强降雨＋河道水位上涨＋流速增加＋流量快速增长

的综合在线逻辑。

5. 渠道异常流量预警

灌区和输水工程可分别设置高流量和低流量规则，用于发现超设计输水、来水不足或者异常分水等情况。

6. 排水能力接近预警

城市排水渠道可根据设计和运行管理要求，将实时流量与工程控制能力比较。

7. 流速异常预警

可以独立监测表面流速是否出现异常增加或明显降低，帮助区分水位变化和流态变化。

8. 数据质量预警

流速低于设备有效测量范围、超量程、数据长期固定、非物理突跳、水位传感器异常及4G通信异常应首先标识为数据质量或设备事件。

9. 推荐处置流程

流量异常 → 检查原始流速和水位 → 检查设备状态 → 查看断面和现场视频 → 比较上下游站点 → 对照降雨、闸门及工程运行 → 必要时人工或ADCP复测 → 专业水文分析 → 按项目管理程序处置。

十四、项目实施方案

1. 基础资料收集

收集河道、渠道、排水工程、水库泄流设施、水文资料、历史洪水、设计流量和现场地形资料。

2. 测流断面选址

选择河道相对顺直、流态具有代表性、设备安装稳定且方便长期维护的位置。

3. 流场调查

观察正常水位和高水位条件下主流位置、回流、漩涡、滩地及水草情况，确定雷达流速照射区域。

4. 断面测量

对测流断面进行工程测量，获得完整横向距离—高程坐标。

天然河道不宜简单以设计宽度和平均水深代替实际断面。

5. 水位基准建立

明确雷达水位计安装基准、河床断面高程和项目水位高程系统之间关系。

6. 支架安装

安装结构应具备足够刚度，避免大风、人员活动和长期振动改变雷达位置或角度。

7. 雷达流速仪安装

根据设备要求调整安装高度、俯角及水平方向，使雷达照射主要流速区域。

8. 雷达水位计安装

使雷达测量方向对准具有代表性的自由水面，并避开桥梁构件、护栏、支架及其他明显反射障碍物。

9. 采集主机和4G通信安装

完成采集主机、SIM通信、天线、机箱、电源及防雷接地安装，并进行现场网络信号测试。

10. 平台断面建模

将实测断面坐标导入SIYB®数据管理平台，核对水位变化与过水面积计算是否正确。

11. 初始流速模型设置

按照项目已有水文资料或初始测流成果建立初始表面流速—平均流速关系。

12. 人工流量比测

正式运行阶段应采用项目认可的流速仪、ADCP或其他流量测验方法与雷达综合在线结果进行同期比测。

13. 多工况率定

尽量覆盖低水、中水及较高水位条件开展比测，使修正模型能够覆盖主要运行范围。

14. 4G通信联调

检查实时流速、水位、流量、时间、设备编号和平台主管理点位是否正确。

15. 预警测试

验证高水位、高流量、快速涨流、设备异常和通信状态等告警功能。

16. 项目验收

验收资料宜包括测流断面图、断面坐标、设备型号、安装位置、安装角度、水位基准、流速参数、比测成果、流速修正模型、4G通信、平台计算及报警测试记录。

十五、运维服务保障

系统应建立完整测站档案，包括站点名称、坐标、河流或渠道名称、断面编号、断面坐标、雷达安装位置、设备型号、安装角度、流速模型和启用日期。

定期检查雷达流速仪和雷达水位计支架是否松动、变形、腐蚀或受到人为碰撞。

检查雷达视场是否被桥梁附件、植被、临时施工设施、漂浮物或其他障碍物影响。

洪水以后应检查河床冲刷、淤积及河岸变化。断面发生明显变化时，应重新开展断面测量并更新平台模型。

水草生长旺盛的渠道应关注水草改变实际过水面积和流速分布造成的影响。

定期采用人工测流或其他项目认可方式开展比测，评价流速修正模型长期适用性。

任何雷达重新安装、安装角度调整或者测站迁移以后，应重新开展流速方向检查和流量比测。

4G站点应定期检查通信天线、SIM网络状态、现场机箱及供电系统。

太阳能供电站应检查太阳能板遮挡、支架、蓄电池和充放电状态。

重要防汛站点应在汛前开展专项维护和流量计算检查，确保洪水发生前系统处于正常运行状态。

十六、项目优势与方案价值

S-CGFLOW01采用非接触式雷达流速和水位测量方式，核心传感器无需长期浸入水体，可降低洪水漂浮物、水草和泥沙直接碰撞水下传感设备的风险。

系统将流速、水位和数字断面统一建模，相比仅根据水位推算流量，可以直接获得实时流速信息，更适合存在回水和水力条件变化的河道综合在线。

支持不规则河道断面建模，使系统能够应用于天然河流、排洪沟及其他非标准几何断面。

4G通信适合野外和分散水文测站，不需要依赖现场固定宽带网络即可接入远程平台。

连续实时监测能够完整记录洪水起涨、洪峰和退水过程，减少人工计划无法覆盖夜间和危险洪水阶段的问题。

通过累计水量计算，可以由“当前流量”进一步形成小时、日、月及项目周期实际过水总量。

通过流量变化速率分析，可以在流量尚未达到最终控制值前识别快速上涨趋势。

通过与雨量、水位、视频和上下游站点数据联合，可以形成：

降雨 → 水位上涨 → 流速增加 → 流量增长 → 洪峰传播 → 趋势预警 → 防汛与工程管理

的完整水文综合在线链路。

十七、应用场景

1. 河流水流量监测

适用于天然河流、山区河道及重要水文断面，实现水位、流速和断面流量连续监测。

2. 山洪沟道监测

用于山区中小河流及山洪沟实时水情监测，并与雨量站建立降雨—洪水响应体系。

3. 灌溉渠道流量监测

用于干渠、支渠和重点输水渠道，掌握实时输水流量和累计水量。

4. 水库泄流监测

可在具有适宜水力条件的下游河道或渠道断面监测实际下泄水流过程，并与闸门开度、水库水位联合分析。

5. 排水口流量监测

适用于具有明渠自由水面的排水口、排洪渠及市政排水断面流量监测。

6. 城市内涝监测

用于城市河道、排水渠、下穿通道周边水系及重点排洪通道，与降雨和积水深度监测组成内涝监测体系。

7. 水资源监测

用于河流、渠道取用水相关工程流量连续监测。涉及法定计量、行政监管或贸易结算时，还应执行相应计量和主管部门要求。

8. 矿山排水监测

适用于露天矿山排洪沟、排水渠及具有稳定明渠断面的水流综合在线。

9. 生态流量监测

用于具有适合雷达测流条件的生态下泄断面，形成生态流量长期连续数据。

10. 科研水文监测

可用于流域水文、城市水文、山洪及河流动力过程长期研究，并与雨量、水质和气象等监测要素结合。

十八、效益分析

4G水流量综合在线可以将人工计划扩展为全天连续监测，提高洪水、暴雨及夜间危险时段的数据完整性。

非接触雷达技术降低传感器进入水体带来的安装和维护难度，特别适合洪水期间人员难以安全接近的河段。

通过实时断面面积计算，可适应水位不断变化条件下的过水面积变化，比固定断面面积计算更加符合实际水力过程。

通过现场率定的表面流速修正模型，可以提高单点雷达流速与断面实际流量之间的工程关联。

流量变化速率和洪峰识别能够为防汛管理提供比单一水位更加丰富的水情信息。

累计水量统计可用于渠道输水、水资源管理和工程运行分析。

多个4G站点联网后，可形成区域化河流水文监测网络，实现上下游水量过程集中展示。

长期数据还可用于水位—流量关系分析、河道断面变化研究、洪水复盘及项目流量模型持续优化。

十九、标准规范与技术依据

1. GB 50179-2015《河流流量测验规范》

河流、湖泊、水库、人工河渠及水工程影响河段的流量测验，可结合GB 50179-2015《河流流量测验规范》开展测流方案设计、测验、比测和精度评价。

雷达等自动测流技术用于正式水文测验时，应结合规范要求通过适当比测试验和成果质量评价建立可靠测流关系。

2. SL/T 651-2014《水文监测数据通信规约》

综合在线站需要接入水利水文业务系统时，现场传感设备、遥测终端与中心平台之间的数据通信可结合SL/T 651-2014及项目主管单位接口要求实施。

3. 水位观测技术要求

雷达流量计算依赖水位数据，因此测站水位基准、断面高程及自动水位观测还应结合现行水位观测相关技术标准执行。

4. 断面测量要求

天然河道断面应通过工程测量形成真实坐标成果，并建立固定测流断面。断面发生明显冲淤或工程改造后应及时复测。

5. 新技术比测原则

雷达流速仪测得的是表面流速，断面流量属于进一步模型计算结果。

项目投入正式使用前宜采用传统流速仪、ADCP或项目认可方法在代表性水位条件下进行比测和率定。

6. 控制值来源

高水位、高流量、变化速率和其他预警控制值应来源于防洪设计、水文资料、渠道设计、排水能力、主管部门制度及专项监测方案。

设备供应商不应自行建立不同河流通用的所谓安全流量。

7. 产品参数应用边界

S-CGFLOW01说明书明确给出的是流速量程、流速分辨率、流速测量精度、传感器防护等级及不规则断面计算能力。

没有明确提供的雷达水位参数、4G频段、平均流速修正系数及系统综合色流量精度，不应在项目技术文件中自行编造。

8. 推荐项目依据

• GB 50179-2015《河流流量测验规范》。
• SL/T 651-2014《水文监测数据通信规约》。
• 现行水位观测相关国家及行业技术标准。
• 项目防洪、水文、水资源、灌区或市政排水设计资料。
• 河道或渠道横断面测量成果。
• 历史水位、流量及洪水资料。
• S-CGFLOW01水流量监测系统产品说明书。
• 雷达流速仪、雷达水位计及采集主机最终技术资料。
• 人工流速仪、ADCP或其他测流方式的比测成果。
• 系统安装、调试、率定及验收记录。

二十、成功案例

以下为典型应用案例（示例），用于说明S-CGFLOW01 4G水流量在线监测系统的工程应用方法和数据分析逻辑，不作为未经确认的实际客户项目业绩。

案例一：强降雨后山区河流形成快速洪峰

某山区河流同时建设雨量站和4G雷达水流量监测站。

连续强降雨开始后，河道水位首先缓慢上涨，随后表面流速快速增加，断面流量进入快速增长阶段。

平台连续记录降雨、水位、流速和流量全过程，并自动识别本次洪水最大流量及峰现时间。

该案例说明洪水监测不能仅观察水位，实时流速和流量能够提供更加完整的洪水过程信息。

案例二：相同水位对应不同流量

某河道洪水上涨和退水过程中，在相同水位条件下雷达流速存在明显差异，因此计算流量也不同。

如果仅使用单一水位—流量关系，无法完整描述该过程。

实时雷达流速参与计算以后，平台能够反映涨水和退水阶段实际水力差异。

该案例说明存在明显非稳定流和回水影响的河段，实时流速信息具有重要价值。

案例三：河床冲刷导致原断面模型失效

某河道经历一次较大洪水以后，长期数据发现相近水位和流速条件下平台计算流量与人工计划比测逐渐出现偏差。

现场重新测量断面发现主槽发生明显冲刷。

更新河床断面模型后，流量计算恢复正常。

该案例说明数字断面属于测流系统的重要组成部分，需要根据河床变化维护。

案例四：单点雷达位置偏离主流区造成流量偏低

某宽河道初期将雷达安装在几何中心附近，但人工计划发现实际主流位置长期偏向一侧。

平台流量在多个工况下均存在系统性偏低。

重新调整雷达照射主要流速区域，并开展多工况率定后，数据一致性得到改善。

该案例说明流速测点的水力代表性比单纯几何居中更加重要。

案例五：灌溉渠道水位变化不大但流量发生明显变化

某灌溉渠道调度过程中，水位变化幅度相对较小，但闸门调整以后表面流速明显改变。

如果只监测水位，很难判断实际输水变化。

雷达流速和水位联合计算能够直接反映断面流量变化。

案例六：暴雨期间城市排水渠快速增流

某城市排水渠配置雨量、水位、雷达流速和视频监控。

短时强降雨后，渠内水位和流速同时快速上升，流量增长速度明显高于正常时期。

平台通过4G实时上传水情数据，使管理人员能够远程掌握排水通道运行状态。

案例七：流速正常但水位计异常导致流量计算突变

某测站流量突然大幅变化，但雷达流速曲线基本稳定。

进一步检查发现水位数据出现异常，使平台计算的过水面积发生错误变化。

系统通过同时保留原始水位、流速和流量数据，能够快速定位异常来源。

该案例说明流量属于多参数计算结果，平台主管理不应只显示最终一个流量值。

案例八：多站点监测洪峰传播过程

某河流沿线设置多个4G流量监测站。

一次洪水过程中，上游站首先出现流量峰值，中游和下游站随后依次响应。

通过多个站点洪峰发生时间和流量过程比较，可以形成洪水传播时间数据。

该案例体现了区域联网监测相比单点监测的应用价值。

S-CGFLOW01实际客户案例发布原则

正式对外发布实际客户项目案例，应具备项目授权、测站位置、断面测量成果、传感器型号、安装方向、流速率定方法、人工计划比测、连续运行数据及验收资料。

产品说明书第3页中的应用场景图片属于AI生成的典型部署示意，用于展示水库等水流量监测站环境，并非S-CGFLOW01真实客户现场照片，不应直接作为实际工程业绩发布。

二十一、参考文献

1. 《S-CGFLOW01 水流量监测系统产品说明书》，V1.0，2026年9月。
2. GB 50179-2015《河流流量测验规范》。
3. SL/T 651-2014《水文监测数据通信规约》。
4. 现行水位观测及水文测验相关国家、行业技术标准。
5. 项目河道、渠道、水库泄流、市政排水及防洪设计资料。
6. 河道或渠道横断面测量成果。
7. 历史水位、流量、降雨及洪水资料。
8. 雷达流速仪、雷达水位计与采集主机产品选型和技术资料。
9. 流速仪、ADCP或其他项目认可方式的同期比测资料。
10. 系统安装、流量率定、平台联调及工程验收记录。

S-CGFLOW01 4G水流量在线监测系统适用于河流、渠道、山洪沟、水库泄流、排水口、城市内涝、水资源、生态流量及其他具有自由水面的明渠流量监测场景。系统通过雷达流速仪非接触获取表面流速，通过雷达水位计获得实时水位，并结合实测断面及现场率定模型计算实时断面流量。

水流量监测真正需要解决的，并不是简单知道“当前水流速度是多少”，而是明确当前水位下实际过水面积是多少、表面流速如何转换为断面平均流速、当前实际流量和累计水量是多少、流量是否正在快速上涨，以及水位、流速、断面和降雨变化是否具有合理的水力关系。

通过S-CGFLOW01雷达流速仪、雷达水位计、采集主机、4G通信和SIYB®数据管理平台，并进一步融合雨量、视频、闸门、水质及上下游站点数据，可以构建“降雨—水位—表面流速—断面面积—实时流量—累计水量—洪峰过程—趋势预警—水文及工程管理”的4G水流量在线监测体系。