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城市排水系统承担雨水收集、污水输送、合流制排水、调蓄排放和城市防涝等重要任务。排水管渠的实际流量、流速、水位及过水断面变化，是评价排水设施运行状态、输送能力和防涝效果的重要基础参数。
在城市雨水管道、污水重力流管道、排水箱涵和明渠中，水流通常具有自由水面。其流量会随降雨、汇水面积、污水排放规律、下游水位及管道运行条件变化，呈现低流量、快速上涨、高充满度和短时波动等多种状态。
传统接触式流量测量通常需要将部分测量元件安装于水体内部。对于含泥沙、漂浮物、油脂及其他杂质的排水介质，传感器可能面临污染、缠绕、淤积和维护不便等问题。部分安装位置还需要人员进入检查井或排水设施进行作业，增加了维护难度。
排水非接触式流量在线监测技术通过在水面上方安装流速和水位测量设备，在符合测量条件的情况下获取水面流速、液位和水流方向，并结合实际管渠断面参数计算体积流量。
该技术可应用于具有有效自由水面的城市非满管排水管道、雨水箱涵、排水明渠、排水沟渠及部分排放口。其核心是将流速检测、水位检测和断面几何模型相结合，建立从现场测量到实时流量计算的完整技术链路。
需要强调的是，非接触式并不意味着流量计可以在任何管道中直接测出准确流量。对于满管承压流、传感器被水淹没、测量区域没有有效自由水面或流速剖面无法建立稳定换算关系的情况，应采用其他适用技术。
雨水与污水管道可能长期处于非满管状态，在强降雨期间逐渐接近满管。部分管段还可能因下游顶托形成局部承压状态，导致单一测量方法难以覆盖全部工况。
接触式流速探头可能受到污泥、砂石、漂浮物、纤维及油脂附着影响，需要定期清洁和检查。
在受到下游顶托、管道局部阻力及非恒定流影响的排水系统中，同一水位可能对应不同的流量。仅依据水位和经验水位—流量关系，未必能够准确反映实际排水过程。
雷达测量通常反映水面某一范围内的表面运动速度，而流量计算需要整个过水断面的平均速度。如果忽略这种差异，可能产生明显的系统性计量偏差。
排水管道长期运行可能出现底部沉积、结构变形或局部附着物。若继续使用未经复核的原始断面模型，计算得到的过水面积可能偏离实际情况。
部分检查井存在井壁、踏步、支管汇入及其他构件，可能遮挡雷达波束或者造成复杂反射，影响流速与水位测量。
过于平滑的水面、泡沫覆盖、严重波动、回流及湍流等情况，可能影响非接触式流速信号的有效性。
部分排水设施仅具有液位监测，不能连续获取真实流量、流向及累计排水量，限制了排水能力分析与运行评价。
通过建设排水非接触式流量在线监测系统，可以在适用场景下减少水体内部测速元件的布设，连续获取流速、水位、计算流量及累计量，为城市排水运行监测、内涝防治、排水泵站管理和雨污水系统分析提供数据。
本方案属于非接触式表面流速与水位联合测量、结合过水断面进行流量计算的在线监测系统。其应用前提是存在适合监测的自由水面，并能够通过实际率定或其他经过验证的方法建立表面流速与断面平均流速之间的关系。
建立面向城市非满管排水管渠及开放式排水通道的非接触式流量监测体系，连续获取流量、流速、水位和断面参数，实现排水运行过程分析、累计过水量统计、异常工况识别及排水防涝辅助决策。
通过非接触式流速传感器测量代表性水面区域的流动速度，记录流速大小、变化过程及有效测量状态。
通过经过验证的速度换算模型，将实际测得的表面流速转换为用于体积流量计算的断面平均流速。
通过雷达或超声波液位传感器获取测量断面的有效水位，并记录水位上涨、下降及变化过程。
根据现场测绘的断面尺寸和有效液位计算实时过水面积，建立水位与面积的对应关系。
利用断面平均流速和有效过水面积计算实时体积流量，掌握管渠不同运行工况下的输送规模。
通过对有效瞬时流量进行时间积分，统计小时、日、月及指定事件期间的累计过水量。
对于具备有效方向检测条件的测点，识别正向流动、反向流动及近零流速状态。
分析规定时间窗口内流量增加或减少的速度，识别快速汇流及排水恢复等运行过程。
对于具有有效断面尺寸的管道，根据实际液位判断相对充满程度，并提示可能超出非接触测量适用范围的工况。
分析相同液位下不同流速和流量的变化，为研究下游顶托、流态变化及排水运行异常提供依据。
识别流速雷达信号失效、液位测量异常、断面参数不适用及其他影响流量可信度的问题。
将流量监测与降雨、水位、泵站运行和排水设施状态关联，为重点区域防涝分析提供实测数据。
项目首先应确定监测对象属于非满管圆形管道、矩形箱涵、梯形明渠、排水沟渠还是其他异形断面。不同结构对应不同的断面面积计算方法和传感器安装条件。
非接触式表面测速要求测量区域具有可观测的自由水面。满管承压流、长期淹没的测量点以及没有有效水面回波的工况，不应直接采用普通水面测速计算。
应确认测量位置存在有效水面散射条件、适当测量距离和合理的雷达安装角度，并验证传感器在预期最低和最高流速下的有效测量能力。
液位传感器需要覆盖正常低水位和最高允许测量水位，并避开设备测距盲区。
应获取实际管道内径、矩形箱涵净宽与净高、梯形明渠底宽与边坡、管底高程及必要的断面形态资料。
对存在泥沙沉积的排水管渠，需要调查实际有效断面是否明显偏离设计尺寸。必要时应通过现场断面复测更新面积计算模型。
需要根据实际断面、流态及参考流量测量资料，建立表面流速与断面平均流速之间的换算关系。
对可能发生局部逆流的管渠，应明确正常排水方向，并选择能够在预期条件下可靠识别方向的流速传感器。
在弯道、跌水口、支管汇流、阀门附近和明显回流区域，表面流速可能缺乏代表性，应尽量避开这些位置，或通过专门测量与校核确定是否适用。
在水深很浅的情况下，水面雷达可能因有效散射不足、测量几何受限或流速接近仪表下限而无法获得可靠结果，需要明确定义最小有效测量水深。
应根据最大可能水位核查传感器与水面的距离，避免高水位时进入盲区或浸没传感器。
根据监测用途区分运行趋势监测、排水能力分析和具有较高计量要求的水量核算。不同用途应制定相应的现场验证方法。
排水检查井与箱涵可能对无线通信造成衰减。通信方案应结合井室结构、安装深度和实际覆盖条件确定。
监测设备应安装在不妨碍排水过流和设施维护的位置，并按照相关规定开展检查井、管渠和道路施工安全管理。
本方案采用“管渠工况调查—有效断面测绘—非接触式流速测量—非接触式液位测量—断面平均流速率定—实时流量计算—累计量管理—异常预警—平台应用”的技术路线。
在排水管渠上方合适位置安装表面流速雷达，使其测量区域落在具有代表性的水面上。
通过电磁波与运动水面的散射作用获取表面运动速度，并根据传感器的实际测量方向和安装几何参数计算流向分量。
采用独立或集成式雷达液位测量模块，获取传感器至水面的有效距离。
通过安装高程和管底高程换算为实际水深，再与断面几何模型关联。
对于声学传播空间及环境条件适宜的场景，可采用超声波液位计与非接触式流速雷达组合。
该方案中流速与液位采用不同物理原理，需分别处理各自的测量质量及温度补偿问题。
通过雷达获取水面流速和液位，根据圆形管道内径及水深计算实际过水面积。
再利用经过率定的速度换算关系，计算管道瞬时流量。
对于断面较大的矩形箱涵，可通过顶部或安全的侧上方位置安装非接触式传感器。
当断面宽度较大、流速空间分布不均匀时，可采用多点表面流速测量及分区计算方式。
对具有明确底宽、边坡和有效水深的明渠，利用断面面积模型计算过水面积，并结合表面测速进行流量计算。
在具有适当自由水面、流态较稳定且能够安全安装设备的排水出口设置监测点。
对于出口存在明显跌水、急变流和水面剧烈扰动的情况，应优先在上游选择更适合测量的位置。
当单个雷达流速测点无法代表整个断面时，可根据水面宽度和速度分布采用多个测量区域。
各分区分别建立流速换算关系，并根据有效分区面积计算流量。
将管径、断面形状、底宽、净高、边坡、有效水深与面积关系等参数录入监测终端或平台，并保留现场测绘及参数变更记录。
系统统一展示实时水位、表面流速、断面平均流速、瞬时流量、累计量及数据质量，实现排水运行监测和防涝业务关联。
系统由非接触测速层、液位感知层、断面参数层、流量计算层、通信传输层、数据管理层和业务应用层构成。
采用雷达表面流速传感器获取有效水面运动速度及方向信息。
通过雷达液位计或适用超声波液位计获取水面相对于固定参考面的距离。
管理圆形、矩形、梯形和其他异形断面的实际几何尺寸及水位—面积关系。
根据现场率定数据及适用模型，将代表性表面流速转换为断面平均流速。
利用有效过水面积和平均流速计算瞬时流量，并对有效流量进行累计积分。
检查雷达测速质量、液位测距质量、断面模型适用性及计算结果可信度。
负责传感器读取、参数处理、时间标记、异常记录和通信控制。
将监测数据上传至管理平台，并根据需要提供断网缓存和历史数据补传。
统一存储水位、流速、流量、累计量、断面参数、率定系数及设备历史信息。
对排水流量过程、峰值、异常工况和相关排水设施运行数据进行综合分析。
水面测速雷达＋液位传感器 → 数据采集终端 → 测量质量判断 → 水深计算 → 过水面积计算 → 平均流速换算 → 瞬时流量计算 → 累计水量统计 → 管网平台 → 异常预警。
测量水面代表性区域的流动速度，记录流速数值、实际方向及测量质量。
通过经过验证的换算关系，计算用于体积流量积分的断面平均速度。
根据传感器至水面的有效距离以及安装高程，获取测量断面的实际水位。
以管底或渠道底部固定高程为参考，计算实际过水深度。
通过断面几何参数与实际水深计算有效过水面积。
根据有效过水面积和断面平均流速计算实时体积流量。
通过有效瞬时流量时间积分，统计指定周期内的累计排水量。
在具备可靠方向测量条件时，判断正常排水方向、反向流动及近零流速状态。
根据连续有效水位数据计算上涨或下降速率，分析降雨期间水位变化过程。
通过表面流速和对应时间计算流速变化，识别加速、减速和方向转换。
通过连续瞬时流量计算单位时间内的变化量，辅助分析排水负荷变化。
记录降雨事件及其他运行周期内的最大有效流量。
记录实际监测周期内的最大有效表面流速和对应时间。
根据实际液位与管道内高计算相对水深比例，辅助判断管道是否接近满管状态。
对现场复测发现的淤积高度、有效断面变化及参数更新时间进行管理。
记录设备提供的雷达信号有效性、速度测量状态及其他可用质量信息。
检查有效回波、测量盲区、异常跳变和其他影响液位可信度的问题。
记录供电、数据传输及设备在线状态，避免无效或过期监测值被用于实时排水判断。
| 监测指标 | 单位 | 获取方式 | 应用价值 |
|---|---|---|---|
| 水面流速 | m/s | 雷达表面测速 | 表面水流速度监测 |
| 断面平均流速 | m/s | 现场率定及换算模型 | 流量计算 |
| 实际水位 | m | 雷达/超声液位测量 | 水深与面积计算 |
| 过水断面积 | m² | 水位及断面模型 | 实时流量计算 |
| 瞬时流量 | m³/s、m³/h | 面积与平均速度相乘 | 排水能力监测 |
| 累计水量 | m³ | 瞬时流量时间积分 | 排水量统计 |
| 流量方向 | 状态 | 有效速度方向测量 | 异常逆流识别 |
| 水位变化率 | cm/min等 | 水位时间序列计算 | 快速上涨识别 |
| 流量变化率 | m³/h/min等 | 流量时间序列计算 | 排水负荷变化分析 |
| 管道内径 | mm、m | 工程测量 | 断面面积计算 |
| 箱涵净宽与净高 | m | 工程测量 | 矩形断面模型 |
| 边坡与底宽 | m及无量纲参数 | 断面测量 | 梯形明渠模型 |
| 淤积修正参数 | m或断面数据 | 现场专项调查 | 有效过水面积修正 |
| 流速修正关系 | 系数或率定曲线 | 现场参考流量比对 | 平均流速换算 |
| 测量质量 | 状态 | 设备与算法自诊断 | 结果可信度管理 |
非接触式流量监测通常并非直接通过单个传感器测得整个过水断面的体积流量，而是分别获取水面运动速度和液位，并通过断面几何及流速换算模型推算实际流量。
基本计算公式为：
Q = A(h) × vavg
其中Q为瞬时体积流量，A(h)为实际水深对应的有效过水面积，vavg为断面平均流速。
雷达表面流速仪向水面发射电磁波，利用运动水面产生的散射信号和多普勒频移获得目标运动速度信息。
实际雷达测得的速度通常为沿雷达观测方向的速度分量，需要根据设备测量结构及安装角度转换为所需的水流方向速度。
在简化的单站雷达观测条件下，多普勒频移可近似表示为：
fd = 2vr/λ
其中fd为多普勒频移，vr为目标沿雷达视线方向的速度分量，λ为电磁波波长。
当雷达观测方向与目标实际流动方向存在夹角时，应根据有效安装几何进行修正。
在理想单一流向条件下：
vr = vs × cosθ
其中vs为对应表面流速，θ为观测方向与水面流动方向的夹角。
实际设备的角度定义、波束方向和内部修正算法可能不同，应以对应技术原理和现场标定结果为准。
雷达表面测速依赖水面形成有效电磁散射信号。水面纹波、局部表面运动及其他实际散射条件会影响测量效果。
水面过于平滑、散射信号不足或受到泡沫及复杂反射影响时，测速结果可能无效或不稳定。
由于管壁、渠底和其他边界会影响速度分布，水面流速通常不能直接代表全断面平均流速。
对经过适用率定的测点，可采用：
vavg = k × vs
其中k为根据实际水力条件确定的表面流速换算系数。
换算系数k与断面形状、实际水深、粗糙度、速度分布、局部流态和测量位置有关。
不能将某一个经验系数不经验证地用于全部雨污水管道、箱涵和明渠。
对于水深变化范围较大、速度剖面明显改变的测点，可以通过不同代表性工况下的参考流量测量建立分水位修正关系。
例如采用：
vavg = f(vs,h,geometry,conditions)
其中h为有效水深，geometry为断面几何参数，conditions为实际经过验证的影响因素。
雷达液位计通过电磁波反射测量传感器至水面的距离；超声波液位计通过声波往返时间测量距离。
两种方式均需要结合固定安装高程确定实际水位。
设传感器测量参考点高程为Zs，传感器到水面的有效垂直距离为d，则：
Zw = Zs - d
其中Zw为当前水面高程。
设管渠测量断面的底部参考高程为Zb，则：
h = Zw - Zb
该公式要求测量使用相同高程基准，并且实际水面处于有效测量条件内。
超声波测距需要考虑空气声速变化。在近似干燥空气条件下：
c ≈ 331.3 + 0.606T
其中T为摄氏温度，c的单位为m/s。
实际工程应采用经过验证的补偿机制，并考虑高湿及复杂井内气体环境的影响。
对于有效半径为R、实际水深h满足0≤h≤2R的理想圆形管道：
A(h) = R² arccos[(R-h)/R] - (R-h)√(2Rh-h²)
该公式基于完整圆形断面，不包含淤积、结构变形和其他有效断面变化。
对于净宽为B、水深为h且断面几何有效的矩形箱涵：
A(h) = B × h
在高水位超过箱涵净高或形成满管承压状态时，应重新检查计算模型和传感器适用性。
对于底宽为b、两侧边坡对称且边坡系数为m的梯形明渠：
A(h) = (b + mh)h
其中m表示单位竖向高度对应的单侧水平宽度。
如两侧边坡不对称，应采用实际断面几何进行计算。
对于马蹄形、拱形、卵形及其他异形排水管渠，可依据实际断面测绘资料建立水位—面积关系：
A = A(h)
模型可采用分段几何积分、离散断面表或经过验证的其他计算方法。
当管渠底部存在明显淤积时，应根据实际沉积区域计算有效过水面积。
不能仅将设计面积减去一个未经测量的固定比例。
在具有有效单点速度代表性和率定关系的条件下：
Q = A(h) × k × vs
这一公式适合表达单点表面流速联合液位的基本计算思路，但实际准确度依赖k的现场适用性。
对于较宽断面，可以将过水断面分成多个分区，分别获取代表性流速及面积。
Q = Σ[Ai × vi,avg]
其中Ai为第i个分区的有效过水面积，vi,avg为该分区经过适当修正的平均流速。
多点表面流速有助于反映横向速度分布，但仍需要考虑各分区的垂向速度差异。
不能将若干个表面流速简单算术平均后，未经适用验证直接视为整个断面平均流速。
假设某监测断面经有效测量获得：
过水面积A = 0.55m²。
代表性表面流速vs = 1.20m/s。
经过假设率定的换算系数k = 0.82。
则：
vavg = 0.82 × 1.20 = 0.984m/s
Q = 0.55 × 0.984 = 0.5412m³/s
换算为小时流量：
Q = 1948.32m³/h
上述仅为计算方法演示。0.82属于假设系数，不能直接用于实际工程。
对于连续有效的瞬时流量：
V = ∫Q(t)dt
实际数字系统可采用与采样周期和精度要求相匹配的数值积分方法。
采用统一流量与时间单位时：
V ≈ Σ[Qi × Δti]
对于数据缺失、测量失效和断网补传，应分别记录实际有效时间范围，不得擅自将无效时段当作零流量。
在有效雷达速度测量及流向几何已知的情况下，可以建立正向与反向流速的符号定义。
流速接近零、存在复杂回流或水面流速与断面平均流向不一致时，应设置方向不确定状态。
若经过现场验证具备可靠双向流量计算能力，可分别统计：
Vforward = ∫max[Q(t),0]dt
Vreverse = ∫max[-Q(t),0]dt
Vnet = Vforward - Vreverse
在存在明显垂向流向分层或潮汐往复流等复杂条件时，简单表面流速换算可能不适用，不能强行输出可信的全断面反向流量。
在有效时间窗口内：
dQ/dt ≈ [Q(t2)-Q(t1)]/(t2-t1)
该指标可反映流量增长或下降过程。
对于内高为D的非满管管道，在自由水面有效且0≤h≤D的条件下：
F = h/D × 100%
F表示相对水深比例，不代表实际过水面积占整个断面的比例。
随着水位接近管顶，雷达流速测量空间可能不足，液位传感器可能接近盲区。
当管道进入满管承压状态，水面非接触测速方法不再具有普通自由水面测量条件，应根据工程需要切换或增设适用的满管测流技术。
下游顶托可能改变断面的水深、流速分布和水位—流量关系。
当流速换算模型不能适应顶托工况时，应重新率定或将相应流量标记为低可信度数据。
非接触式流量计算的不确定性主要来自液位测量、断面几何、表面流速测量和速度换算模型。
在简化、误差较小且相关项可适当处理的条件下，可以从Q = A × vavg分析各因素对流量误差的影响。
实际工程应根据测量量之间的相关性、系统性偏差和现场率定数据，采用适用的不确定度评价方法。
当自由水面消失、雷达测速失效、断面严重改变或表面速度与平均速度之间无法建立可靠关系时，系统不得继续将模型计算值标为正常有效的实测流量。
连续读取雷达测得的有效表面流速，并提供流速方向和数据质量信息。
通过雷达或超声波液位传感器连续获取水位数据。
根据测点编号调用对应的断面几何参数及水位—面积关系。
根据当前有效水位计算实际过水断面积。
按照当前生效的现场率定关系或验证模型计算平均流速。
根据有效面积和平均流速输出实时体积流量。
形成小时、日、月、年度及指定事件期间的累计过水量。
对符合实际测量条件的测点记录正向、反向及不确定流向状态。
识别流量快速增长、异常下降及偏离正常运行特征等情况。
在同一时间轴上展示水位、表面流速、平均流速和瞬时流量。
对具有有效断面数据的管道显示相对水深充满程度。
记录最大有效瞬时流量及其发生时间。
在授权条件下管理管径、底宽、边坡、水位—面积表和实际测量基准。
记录不同测点和工况对应的率定关系、参数来源及生效时间。
对于管道清淤、衬里修复、改造和其他结构变化，保存参数更新记录。
对测量信号失效、速度异常固定及超出有效范围的情况进行质量管理。
对无效回波、测量盲区、数据跳变和其他故障进行管理。
支持在通信异常期间保存必要数据，恢复后按照真实采样时间补传。
将流量监测点与排水管线、检查井、箱涵和排水出口位置关联。
将流量异常、测量失效和设备故障与现场检查和维修处置关联。
以满足实际非接触式流速测量、水位测量及断面流量计算为主要目标，根据测量断面的结构和安装环境合理选配设备。
通过水面电磁散射及多普勒信息获取表面流速，安装时应满足水面可视、观测角度和信号质量等要求。
通过电磁波测距获取水位信息，可与独立雷达测速设备组成联合测量系统。
在具有有效声学传播环境的场景下，可用于配套测量水位。
采用集成式结构同时获取表面流速与水位，但应核查两项测量功能的实际量程、测量角度和质量控制能力。
对于较宽或横向速度分布复杂的断面，可根据实际条件设置多个表面测速位置。
负责水位—面积换算、速度修正、流量计算和累计量统计。
采集表面流速、水位及设备诊断数据，并进行必要的边缘处理。
将监测结果上传至平台，支持设备状态和必要参数管理。
根据固定供电条件、设备功耗和实际连续运行要求配置电源。
用于保存必要历史数据、参数和故障事件。
根据井室、箱涵、桥下构件或明渠边坡结构设计安全固定方式，避免传感器侵入主要水流通道。
按照实际潮湿、凝露、腐蚀及可能浸水条件选用防护结构。
在项目勘查和后期维护阶段，采用适用测绘设备确认断面尺寸、淤积与结构变化。
| 序号 | 设备名称 | 主要用途 | 配置说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | 雷达表面流速传感器 | 非接触式测速 | 核心配置 |
| 2 | 雷达液位计 | 非接触式水位测量 | 核心选项 |
| 3 | 超声波液位计 | 非接触式水位测量 | 替代选项 |
| 4 | 一体式流速液位设备 | 同步获取水位与流速 | 按场景选择 |
| 5 | 多点测速组件 | 横向速度分布测量 | 较宽断面选配 |
| 6 | 断面流量计算单元 | 面积与平均速度换算 | 核心配置 |
| 7 | 智能数据采集终端 | 数据采集及边缘计算 | 核心配置 |
| 8 | 工业通信模块 | 数据远传 | 核心配置 |
| 9 | 供电模块 | 设备供电 | 按场景配置 |
| 10 | 备用电源 | 连续监测保障 | 重要站点选配 |
| 11 | 本地存储模块 | 断网缓存与事件记录 | 按可靠性配置 |
| 12 | 安装支架 | 传感器可靠固定 | 基础配置 |
| 13 | 防护箱及连接组件 | 环境及电气防护 | 基础配置 |
| 14 | 断面测绘资料 | 实际几何参数 | 工程必需资料 |
| 15 | 现场参考测流设备 | 流量比对及率定 | 施工调试阶段配置 |
可采用“雷达表面流速传感器＋雷达液位计＋断面计算终端＋通信供电模块”的结构。
对于宽度较大的箱涵，可增加不同横向位置的表面流速测点，并采用分区计算方式。
对具有稳定断面和开阔安装位置的明渠，可采用固定支架安装非接触式测流设备，并结合实际断面测绘资料计算流量。
下列参数属于工程方案阶段的参考选型范围，并非某一具体设备的已验证性能。正式采购、安装和验收应根据实际测量距离、水深、速度范围及现场率定要求确定。
| 技术指标 | 参考参数或要求 | 说明 |
|---|---|---|
| 表面流速测量范围 | 可评估0.1～10m/s等设备规格 | 需核查低流速和高流速性能 |
| 表面流速测量准确度 | 可评估±0.05m/s、±1%～±3%读数等不同指标 | 须核查制造商具体定义及试验条件 |
| 测速方向 | 单向或双向 | 根据实际逆流需求选择 |
| 测速安装角度 | 按设备测量几何及现场条件确定 | 需完成角度设置与校核 |
| 测速距离 | 按实际水面距离选型 | 确认有效散射和测距范围 |
| 雷达液位量程 | 参考0～3m、0～5m、0～10m等 | 按安装距离确定 |
| 雷达液位准确度 | 可评估±5～10mm等级 | 现场整体误差需另行验证 |
| 超声液位准确度 | 可评估±0.25%FS～±0.5%FS等级 | 需要适用的温度补偿 |
| 最小有效水深 | 由实测流态、信号和模型确定 | 不能简单等同于液位分辨率 |
| 适用断面 | 圆形、矩形、梯形及经测绘的异形断面 | 需要配置对应面积模型 |
| 圆形管道尺寸 | 按实际有效内径输入 | 考虑衬里和断面变化 |
| 箱涵尺寸 | 净宽、净高及实际断面参数 | 需现场核查 |
| 梯形渠道参数 | 底宽、边坡及有效水深 | 明确边坡系数定义 |
| 速度换算方式 | 现场率定系数、分段系数或率定曲线 | 保留参数依据 |
| 瞬时流量 | m³/s、m³/h、L/s | 统一单位换算 |
| 累计水量 | m³ | 根据有效流量积分 |
| 常规采样周期 | 可评估10～60s | 按实际流态及供电确定 |
| 快速变化采样周期 | 可评估1～10s | 结合信号质量及功耗 |
| 流量综合准确度 | 通过现场参考测流与不确定度评价确定 | 不能直接等同于测速精度 |
| 通信方式 | 适用工业有线或无线通信 | 地下井室需实测覆盖 |
| 设备防护 | 按雨淋、凝露及可能浸水条件选型 | 核查整机与接线组件 |
| 数据自诊断 | 测速信号、液位回波、工况及设备故障 | 基础能力 |
雷达测速的准确度通常需要在规定安装条件、水面散射情况和速度范围内验证，不能将实验室指标不加区别地视为复杂污水管渠中的实际表现。
实际流量计算涉及测速、水位、断面面积和流速修正模型。即使测速和液位设备具有较高标称准确度，整体流量仍可能受到断面模型及速度换算偏差影响。
应通过实际测速信号及现场比对确认设备能够可靠测量流量的最低水深，避免在浅水状态下输出没有充分依据的流量。
应保证最高水位时仍具有必要的水面测量空间，不得超出传感器盲区、安装结构及实际工作条件。
项目应明确管径、宽度、底高程及淤积测量的实际要求，并保留相关测绘记录。
对于需要识别逆流的区域，应验证正反向速度检测、近零状态判定和实际断面流向的对应关系。
设备需要具备与实际使用场景相匹配的通信、供电和测量质量诊断能力。
集中展示测点数量、实时流量、累计排水量、最大流速、当前水位和设备运行状态。
在地图中展示雨污水管道、排水箱涵、明渠及其他监测位置。
显示雷达测得的有效表面流速和方向信息。
独立显示经过修正计算的断面平均流速，避免与原始表面流速混淆。
显示测量断面的实际水深及水面高程。
根据当前水位显示实时有效过水面积。
展示不同时间段的实时流量及变化趋势。
形成小时、日、月及年度累计水量报表。
根据断面几何模型展示不同水位对应的过水面积。
展示不同水位条件下的表面流速和平均流速变化，用于分析实际流态。
展示管径、底宽、净高、边坡及其他实际断面参数，并标明参数来源和更新时间。
保存速度修正系数、适用水位范围、率定日期和相关验证资料。
显示有效测速、液位有效、计算有效、数据退化及测量不可用等状态。
对流量快速变化、超出合理运行范围及测量失效事件进行分类展示。
记录现场断面调查、淤积变化和对应模型更新情况。
支持按测点、时间和事件查询流速、水位、流量及累计量。
生成流量统计、异常事件、设备健康和断面参数维护等专题报告。
通过长期有效监测数据建立不同时间段、工作日、休息日和典型天气条件下的流量参考范围。
在具备有效降雨数据时，将降雨过程与流量变化进行关联，分析降雨汇流的时间响应。
观察同一水位下的实际流量差异，辅助研究非恒定流、下游水位影响和其他运行条件。
结合水位、流速及管道内高，研究不同充满程度下的实际流动特征。
记录降雨或排水事件中的最大有效流量及对应水位。
当某测点流速明显偏低时，可以结合水位、降雨和上下游数据判断是否需要排查。
低流速本身不能直接证明管道堵塞。
分析流量快速增长及对应水位变化，识别需要关注的汇流过程。
当水位持续升高而流速、流量并未相应增加时，可结合上下游信息进一步调查下游顶托或其他水力状态。
在具有有效断面复测资料时，对比断面变化前后的面积模型和流量计算结果。
不能仅凭流量异常自动推出准确的淤积厚度。
根据现场参考测流资料，更新不同水深和流态条件下的平均流速换算关系。
对于宽断面，可通过多个表面测速位置了解横向流速差异，优化分区流量计算。
通过旱天与雨天流量对比，形成异常入流调查线索。
流量变化不能单独证明具体存在雨污混接、地下水入渗或管道破损。
在具有适用测流条件和必要水力模型时，可将实测流量与设计工况进行比较，辅助评价排水能力。
当具备足够有效流量、降雨和运行数据时，可建立短时流量预测模型，并保留预测不确定性。
通过测速信号质量、水位连续性、流量异常跳变及模型适用性判断结果可信度。
将断面几何、淤积修正和流速换算参数与历史流量结果关联，确保后期分析能够追溯计算依据。
通过流量、水位、降雨及排水设施状态的联合分析，为城市防涝监测和排水运行管理提供辅助数据。
智能流量模型不能在缺少有效水面测速、断面几何或率定依据的情况下自动保证测量准确。对不符合适用条件的工况，应明确停止或降低流量计算结果的可信度。
系统基于有效流量、流速、水位、变化率、断面状态和设备测量质量建立分类预警机制。
当有效流量达到根据管渠设计工况和实际运行风险设定的控制值时，生成高流量提示。
当流量变化率明显超过正常运行范围时，形成快速汇流或排水负荷增加的关注事件。
当瞬时流量明显下降且不符合正常运行特征时，提示核查测量质量及相关排水工况。
对有效液位数据计算变化率，识别快速上涨状态。
当管道水深接近管顶且可能影响非接触测量条件时，生成高充满度及测量适用性提示。
对于经过验证具有双向流量能力的测点，当实际流向发生反转时，记录反向事件。
当雷达无法获得有效表面速度或测量条件不满足要求时，应将对应流量标记为无效或不确定。
当液位传感器进入盲区、回波失效或出现其他故障时，停止将不可信水深用于正常流量计算。
当管渠发生清淤、修复、改造或已知明显淤积而尚未更新几何模型时，提示复核断面参数。
监测数据超过允许更新时间时，应显示数据过期状态。
当流量或水位出现一般性变化时，持续观察并记录历史事件。
当流量或水位持续偏离正常运行范围时，进行数据质量和现场运行条件复核。
当异常流量、高水位及其他有效信息表明排水设施可能面临较大负荷时，组织专业人员调查。
当实际现场出现危及公共安全的排水险情时，按批准的应急预案进行处置。
流量、速度、水位和变化率的控制条件应根据实际管渠尺寸、历史数据、设计工况及风险对象确定。
通过有效数据恢复、持续时间条件及必要回差，避免测量噪声造成频繁报警和解除。
非接触式流量监测结果可为排水调度提供参考，但水泵启停、闸门控制及其他重要动作应由经过专业设计和授权的控制系统实施。
异常发现 → 流速和液位质量核查 → 断面参数有效性确认 → 流量与水位联合分析 → 风险判断 → 现场复核 → 设施维护或调度 → 数据恢复确认。
收集管道图纸、管径、断面形式、安装高程、管网拓扑、历史流量及运行状态资料。
调查旱天、雨天及其他代表性工况下的自由水面情况，确认是否存在经常满管、急流、回流或明显顶托。
尽量选择流态较稳定、具备有效水面观测条件、安装安全且维护便利的区段。
确定圆管实际内径、箱涵净宽和净高、梯形明渠边坡及其他实际几何数据。
建立液位参考点与实际管渠底部高程之间的对应关系。
检查底部淤积、结构变形和其他影响有效断面的因素，必要时建立修正断面模型。
将雷达测速传感器固定在具有可靠安装条件的位置，按设备要求设置测量方向与俯仰角，确保测速区域位于实际水面。
根据测距范围和盲区，配置雷达或超声波液位设备，并确认对应的测量参考高程。
检查测速区域是否存在稳定回流、局部涡旋、跌水或明显与主流不同的流速状态。
将实际断面尺寸、水位—面积关系及适用水深范围写入计算单元或平台。
采用符合现场条件的参考测流方法，在代表性水深和流速范围内建立适用换算关系。
检查浅水状态下的测速信号、水位测量和流量计算是否有效。
确认接近最高允许水位时设备仍具有必要的测量空间，并正确识别超出适用范围的工况。
在具有明确流向条件的安全试验环境中检查正向、反向及近零流速的识别能力。
通过适用参考测流方式比较瞬时流量结果，分析水深、速度和断面模型误差。
检查流量单位、时间积分、断网补传和累计量逻辑，避免漏计与重复累计。
检查速度测量失效、液位失效、参数异常和数据过期情况下的系统处理逻辑。
在实际安装条件下验证通信稳定性、供电能力和必要的数据缓存。
检查监测点编号、断面资料、流速、液位、瞬时流量和累计量等数据是否正确。
在代表性正常及降雨运行条件下，评估测量稳定性、流量计算有效率和异常识别效果。
| 验收项目 | 主要内容 |
|---|---|
| 流态适用性 | 具有有效自由水面和合适测速条件 |
| 测速设备 | 安装方向、角度及表面速度有效性 |
| 液位设备 | 水位参考高程、量程、盲区及准确度 |
| 断面参数 | 尺寸、形态、淤积调查和模型正确性 |
| 速度修正模型 | 率定资料及适用范围 |
| 瞬时流量 | 参考比对及计算结果 |
| 累计水量 | 时间积分及统计逻辑 |
| 流向识别 | 适用条件下的方向验证 |
| 数据质量 | 测速、液位及计算失效处理 |
| 通信供电 | 连续采集和传输能力 |
| 软件平台 | 趋势、地图、报警和历史资料 |
涉及排水井、箱涵及其他有限空间作业时，应执行适用的安全管理制度。
设备安装不得妨碍过流、检查井开启、道路通行和现有设施的正常维护。
定期核查流速、水位、瞬时流量、累计量及测量质量。
检查探头表面、支架稳定性、测速方向和信号质量。
检查天线状态、回波质量、测量盲区及安装参考位置。
检查探头凝露、污物附着、温度补偿和声束传播空间。
在管道清淤、结构修复及其他可能影响断面的作业后，复核有效几何参数。
定期评估可能影响过水面积的泥沙沉积情况，并根据实际调查结果更新模型。
根据现场比对结果及流态变化情况，检查原有率定关系是否仍然适用。
关注低流量时段的有效测速能力，避免长期将无效信号用于累计量计算。
关注高充满度时的测量空间和仪表有效性，避免设备进入盲区后仍输出正常流量。
检查设备在线状态、供电及历史数据补传情况。
在汛期前完成关键测点的测速质量检查、液位标定、断面参数核查和报警测试。
检查高流量、高水位和异常流态下的数据质量，不得为维护设备进入危险排水区域。
分析流量峰值、累计排水量、测量失效及其他异常事件。
根据计量用途和项目要求开展周期性或专项流量比对。
保存安装、测绘、率定、维护、参数变更、数据质量和故障处置资料。
在适用场景下，可将测速设备安装于水面上方，减少长期浸水测速元件的污染与维护问题。
同时获取表面流速、水位和计算流量，可更完整地描述非满管排水管渠运行过程。
可根据不同管渠形状建立面积模型，适应圆形、矩形、梯形及经过测绘的异形断面。
对较宽断面可增加多个表面速度测点，改善流速横向分布的描述。
通过有效流量积分，可为排水总量统计和运行评价提供定量资料。
将流量与水位、降雨及排水设施运行信息结合，为城市防涝风险分析提供依据。
连续流量数据能够支持典型降雨过程、排水能力及设施维护前后的对比分析。
通过记录断面参数、流速换算模型和质量状态，提高流量计算结果的可复核性。
非接触式表面测速不适用于所有排水流态。对于满管承压、缺少自由水面和无法建立可靠速度换算关系的工况，应采用其他测流技术。
在具有稳定自由水面条件的雨水管道中监测实际流速、液位和流量。
对具有有效水面观测空间的污水检查井或管段开展非接触式流量监测。
在具备合适监测断面的区域开展旱天与雨天流量对比。
通过有效液位和单点或多点表面测速，监测箱涵的实际过水情况。
利用实际渠道断面和水位、表面速度计算流量。
对具有稳定断面和有效水面条件的沟渠进行在线流量监测。
在流态适合的排水出口上游或其他有效断面位置开展流量监测。
对具有自由水面的进水渠道开展相应非接触式流量监测。
在符合实际测量条件的出水渠道开展流量监测。
根据实际进出水结构选择适用的非接触式流量测量位置。
在适当进水渠道中监测流量、水位及变化趋势。
对与易涝区域具有实际水力联系的排水沟渠或箱涵进行流量监测。
在具备有效空间与安全条件的井室中开展流量监测，为设施维护提供数据。
对具有适用断面和有效水面条件的园区排水渠道开展流量监测。
在能够建立可靠流速换算关系的适当断面开展非接触式流量监测。
受强烈潮汐、明显分层逆流或复杂顶托影响而无法建立稳定换算关系的场景，不应直接套用普通表面流速—平均流速模型。
在管网清淤、改造和排水能力治理区域布设测点，开展流量过程对比分析。
通过非接触式测流设备获取连续流速、液位和流量信息，提高重点排水通道运行状态的可观测性。
在适用条件下减少长期浸水测速元件的污染和维护需求。
通过降雨期间流量及水位变化，辅助了解排水通道实际运行情况。
实测流量可以用于具有相应水力条件的排水设施能力评价。
在测量有效的前提下，可形成具有明确时间和计量边界的累计排水量数据。
当长期监测发现异常趋势时，可结合其他资料安排更有针对性的管网调查。
对具有可比工况的治理前后流量数据进行分析，为工程效果评价提供参考。
通过长期积累真实流速、水位、流量和断面参数资料，形成可追溯的排水运行数据库。
应综合设备采购、断面测绘、安装、率定、通信和维护成本，以及经过验证的实际管理效益进行分析。
可根据实际项目记录比较不同测流技术的维护频率、维修工时和设备有效运行时间。
不能仅因采用非接触式技术就承诺固定的维护成本降低比例、流量测量准确率或投资回收周期。
该规范自2022年10月1日起实施，是现行强制性工程建设规范，适用于相关城乡排水工程。
该标准自2021年10月1日起实施，可为城市排水管渠设计、水力分析及相关工程提供技术依据。
与GB 55027-2022现行强制性要求不一致的原有规定，应以现行强制性工程建设规范为准。
该规范涉及城市内涝防治系统、排水设施及相关技术内容，可作为排水防涝工程分析的参考。
可为相关排水管渠及泵站的运行维护和安全管理提供参考。
该标准自2022年7月1日起实施，可为适用的水文自动采集、数据传输及相关系统建设提供参考。
Hydrometry — Measurement of liquid flow in open channels — Velocity area methods using point velocity measurements。
该国际标准涉及明渠流速—面积法及相应表面速度测量方法，可作为适用明渠流量测量的技术参考。
具体应用应根据标准范围、测点条件和所采用的流速测量方式确定。
Hydrometry — Use of noncontact methods for measuring water surface velocity and determining discharge。
截至2026年11月，该文件仍处于国际标准制定阶段，尚未正式发布为ISO国际标准。
其技术内容涉及非接触式表面测速、流速修正、断面面积及流量计算，可作为技术研究参考，但不得以正式实施标准的身份引用。
适用于相关电气设备外壳防尘、防水能力评价。
该标准自2026年5月1日起实施。排水井、管渠等适用场景中的有限空间作业，应执行相关安全要求。
国办发〔2021〕11号文件提出加强城市内涝治理体系、排水设施运行维护、智能感知和信息化管理。
实际流量计算应根据测量原理、监测用途和项目计量要求，采用适用的参考方法进行现场验证或率定。
非接触式流量监测涉及水文测量、排水工程、传感器性能、断面测绘和现场运行安全等专业。
相关标准应按实际适用范围采用，不能将普通满管电磁流量计或封闭管道时差超声流量计的技术标准直接等同于非接触式水面流量监测标准。
本方案未取得能够公开核验的真实项目资料，包括实际项目名称、传感器安装记录、现场参考流量测量、长期原始数据和工程验收文件。
因此，本章不编造已完成的成功案例。以下为原创工程应用推演，展示不同排水非接触式流量监测场景的实施方法，不代表实际工程业绩。
假设某城市雨水重力流管道在正常运行中具有自由水面。
获取实际表面流速、水深、断面面积和瞬时流量。
在适当检查井或其他有效位置安装表面流速雷达及雷达液位计。
通过现场测绘确定实际圆管内径及管底高程。
根据圆形管道水位—面积关系与经过率定的平均流速计算瞬时流量。
记录降雨期间水位、流速和流量变化，并识别测量超出有效条件的时段。
为城市雨水管道流量变化监测提供可实施的非接触式技术路径。
假设某排水箱涵具有规则矩形断面，并且正常运行时水面未淹没箱涵顶部。
净宽B = 2.0m。
实际有效水深h = 0.6m。
A = 2.0 × 0.6 = 1.2m²
假设通过现场有效测速获得代表性表面速度1.0m/s，并经假设率定得到换算系数0.85。
vavg = 1.0 × 0.85 = 0.85m/s
Q = 1.2 × 0.85 = 1.02m³/s
在理想矩形断面、有效测速及假设率定关系成立的条件下，对应流量为1.02m³/s。
上述断面尺寸与系数均为演示假设。实际箱涵如存在横向速度差异、底部沉积或结构变化，需要进一步修正和验证。
假设某城市排水明渠具有稳定的梯形断面。
在安全位置布设雷达表面流速传感器和液位计。
通过现场测绘确定渠底宽度、两侧边坡和底部参考高程。
根据实时水深与实际边坡计算有效过水面积。
采用有效参考测流资料建立表面流速与平均流速的换算关系。
持续记录水深、表面流速、计算流量和累计排水量。
为城市排水明渠实际过水量管理提供连续数据。
假设某排水管道长期运行后，底部形成明显泥沙沉积。
系统使用初始管道几何尺寸计算水位对应的过水面积。
通过适用测量方法确认当前淤积区域及实际有效断面。
根据复测结果重新建立水位—过水面积关系，并核查液位零点定义。
必要时重新验证表面流速与平均流速的换算关系，因为淤积也可能改变断面流速分布。
保存原始参数和新参数的生效时间，避免历史流量计算依据无法追溯。
减少断面长期变化导致的流量系统性偏差。
假设某城市雨水排水通道具有有效非接触式流量监测设备，并接入同一区域的代表性雨量数据。
记录连续降雨量、水位、表面流速和实际计算流量。
采用统一时间基准关联降雨与排水流量。
对比降雨开始时间、流量上涨时间及流量峰值。
观察降雨结束后的流量变化及水位恢复过程。
降雨与流量之间可能存在滞后、调蓄和其他水力影响，不能仅根据某次峰值时间差直接确定全部汇水过程。
为城市雨洪过程及排水设施运行分析提供实测资料。
假设某雨水管道在普通降雨期间处于非满管状态，但强降雨时可能形成满管承压。
在自由水面存在且测量空间充分时，系统通过雷达表面速度和水位计算流量。
随着水位上升，传感器与水面之间的有效距离逐渐减小。
当水面进入传感器盲区或管道形成满管承压状态时，非接触式表面测速可能失效。
系统应明确标记对应流量不可用，并保存高水位及其他有效状态信息。
若项目需要在满管状态下持续准确计量，应另行采用适用于相应承压流的流量测量技术。
避免不符合测量原理的流量数据被错误用于防涝运行判断。
正式发布真实工程案例时，应提供可核验的测点布置、断面测绘、流速与液位测量、现场率定、实际流量数据、设备运行记录及验收文件。
在缺少真实数据时，不得编造已完成项目、计量准确率、维护成本降低比例及其他工程成果。
[1] GB 55027-2022《城乡排水工程项目规范》。
官方公告：查看标准公告
[2] GB 50014-2021《室外排水设计标准》。
官方公告：查看标准公告
[3] GB 51222-2017《城镇内涝防治技术规范》。
官方公告：查看技术规范
[4] CJJ 68-2016《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》。
用于相关排水管渠与泵站运行维护及安全管理。
[5] GB/T 41368-2022《水文自动测报系统技术规范》。
国家标准信息：查看标准信息
[6] ISO 748:2021. Hydrometry — Measurement of liquid flow in open channels — Velocity area methods using point velocity measurements.
国际标准资料：查看标准资料
[7] ISO/DIS 24577. Hydrometry — Use of noncontact methods for measuring water surface velocity and determining discharge.
截至2026年11月，该文件尚处于国际标准制定阶段，不能作为已正式发布的国际标准使用。
草案信息：查看标准制定进度
[8] GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》及适用修改单。
[9] GB 46768-2025《有限空间作业安全技术规范》。
该标准自2026年5月1日起实施。
国家标准信息：查看标准信息
[10]《国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见》，国办发〔2021〕11号。
政策资料：查看政策文件
[11] Costa, J. E., et al. Use of radars to monitor stream discharge by noncontact methods. Water Resources Research, 2006.
该研究讨论通过雷达表面流速和过水断面等数据进行非接触式流量测量，并分析将表面流速转换为平均流速的问题。
文献链接：查看学术文献
[12] 雷达多普勒表面流速测量和安装角度修正相关技术资料。
[13] 雷达及超声波液位测量、水面高程换算与数据质量控制相关技术资料。
[14] 圆形、矩形、梯形及异形排水管渠过水面积计算相关技术资料。
[15] 表面流速与断面平均流速换算、现场率定及水文测量不确定度相关技术资料。
[16] 城市排水管网水力分析、非恒定流、下游顶托和雨洪过程相关技术资料。
本方案涉及的国家标准、行业规范、国际标准及技术研究文献具有不同的适用范围。
正式工程应依据排水管渠形式、测量环境和实际计量需求确定适用标准。对于仍处于制定阶段的文件，只能按其当前公开状态进行技术参考，不得视为已经正式实施的标准。
排水与城市防涝非接触式流量在线监测方案，面向具有有效自由水面的城市非满管排水管道、排水箱涵、明渠及其他排水通道，建立流速、水位、断面参数和瞬时流量相结合的监测体系。
系统通过雷达非接触式测量水面表面流速，利用雷达或超声波测量实际液位，并通过经过测绘确认的断面参数计算实时过水面积。
在流量计算过程中，将表面流速转换为断面平均流速是影响最终结果的重要技术环节。不同测点的换算关系应根据实际流态、断面和参考测流资料确定，不应采用未经验证的固定经验系数。
对于圆形非满管管道，可通过圆形弓形面积公式计算不同水深对应的过水面积；对于矩形箱涵和梯形明渠，可采用适用的几何模型；对于异形断面，应通过实际测绘建立水位—面积关系。
当管道存在明显淤积或几何变化时，需要复核断面参数，并根据实际情况重新验证流速修正关系。
对于宽断面或复杂横向速度分布区域，可以通过多点表面流速测量及分区计算改善流量估计，但不能忽略垂向流速分布。
系统通过有效流量时间积分形成累计过水量，并结合水位变化率、流量变化率和异常事件记录，为城市排水设施运行评价提供数据。
需要强调的是，非接触式表面流量监测技术要求具有有效自由水面及稳定的测速与换算条件。当管道形成满管承压流、速度信号失效或无法建立可靠平均速度换算关系时，应明确标记流量不可用或采用其他适用测流方式。
工程实施阶段应重点完成流态调查、测量断面选址、断面测绘、雷达安装角度校核、水位标定、现场参考流量比对和计算模型验证。
系统运行期间，应加强断面复测、流速率定参数管理、传感器维护和测量质量诊断，确保流量结果具有可追溯的计算依据。
通过建立非接触式表面流速、液位和断面几何相结合的在线流量监测网络，可为城市雨污水管网运行、排水能力分析、雨洪过程研究、城市防涝管理及排水设施治理效果评价提供长期有效的数据支持。
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