广东省惠州河道流量、水位监测方案

项目概况：
本项目建设主要内容由在线监测系统、网络传输系统、河道水位和流量监测系统构成，供电设备待定。在线监测系统在四条河道增加流量监测设备，进行现场水位、流量监测，获取流量数据；通过网络传输系统将流量监测数据传输至指定服务器；监测系统用于存储处理经在线系统采集、网络传输系统汇集的各项数据；予以软件综合管理监测系统呈现实时数据、历史数据。
主要建设内容：
对广东省惠州四条河道安装：超声波多普勒流量计测量出四条河道的水位、流速、流量、温度。RTU或DTU远程传输设备将数据传输至服务器，通过电脑或手机登录查看数据；现场如果没有供电电源，需安装太阳能供电配套设备进行独立供电；因现场工况复杂部分点位会涉及少量的土建施工。
设备清单：
设备名称 品牌 数量（套） 参数
超声波多普勒流量计 福州大禹电子科技有限公司 4 1、流速测量范围：0.03m/s～5.00m/s；
2、流速测量分辨率：1mm/s；
3、流速测量精度：测量流速的±1% ；
4、水深测量：0.02m～10.00m；分辨率：2mm 精度：±0.2%；
5、温度范围：0～60ºC；分辨率：0.1ºC；
6、流量范围：10升/秒～99999999立方米/小时；
7、供电：电池供电，12VDC；
8、输出信号(电池供电)：RS485；RS485输出信号内容：流速、瞬时流量、累积流量、水位、温度。
传输终端RTU或DTU 福州大禹电子科技有限公司 4 待定
数据传输卡 移动或电信 4 4G 物联网卡数据卡（含两年流量费）
立杆及太阳能供电  4 65AH蓄电池，80W太阳能液晶面板，太阳能智能控制器，3米立杆，地笼
仪表防水箱  4 尺寸待定
传感器支架  4 需根据不同现场情况定制支架
注：其余辅材根据现场施工需求量自行采购

超声波多普勒流量计 ：
工作原理及实用场景：
使用流速面积法测量流量：通过超声波多普勒原理测量出流速，通过压力传感器测量出水位，通过水位和河道各部分尺寸计算出过水面积，最后是流速和面积做积分算出最后的瞬时流量。
超声波多普勒流速仪是在管道、渠道或者河流内测量水的流速的设备，主要应用于以下范围：
·洪涝灾害监测     ·污水排放           ·天然的河溪 
·市政给排水       ·水量流失/渗入监测  ·灌溉流程监测 
·河口和潮汐的研究 ·渔业/水利          ·海岸侵蚀研究
·暗渠流程监测     ·道路排水监测       ·运河流程研究 
·江河流程监测
技术参数 ：
结构：分体式；
测量种类：流速、水深、(水温测量是选配功能)
用途：在线式测量
流速测量范围(水位要高于传感器顶部：20cm)：
正流速是+0.03m/s～+5.00m/s；
负流速是-5.00m/s～-0.03m/s(选配项)；
流速测量分辨率：1mm/s；
流速测量精度：测量流速的±2～4% ；
水深测量范围：0.02～3.00m，0.02～10.00m(订货前要确认最大水深)；
水深测量分辨率：1mm 
水深测量精度：0.5%；
温度范围：0～60ºC；分辨率：0.1ºC；
流量范围：无流量测量功能
工作电压：常规12～13VDC，最低工作电压是10.3VDC，最高是14.0VDC。
超声波多普勒流速仪传感器常规工作供电是12～13VDC，供电电流100mA。
连续最大工作功耗：12V×100ma=12V×0.1A=1.2W。
输出信号：RS485 MODBUS协议；
无线传输(选配件)：GPRS和NB-IOT二合一的RTU无线传输器
传感器配套电缆长度：10米；
被测水道类型：管道，渠道，天然的溪流、河流；
液体酸碱度要求：PH值在6～8之间。
液体温度要求：0～60℃,非凝固
液体压力要求：自然环境状态下，1个标准大气压
液体其他要求：含沙量＜20g/L

提示：水处于凝固、半凝固、胶体状态下无法测量流速，默认最大水深不能超过10米，如果要超过10米需要订货前明确告诉厂家。
注：客户自己有一个有固定IP地址的服务器，或者是租用阿里云服务器。
也可以选择NB-IOT的无线通讯方式，需要订货前说明。

四条河道现场环境如下：
根据现场工况及业主提供的信息和要求，对四条河道进行初步的选点及安装施工建议如下：
1号河道

业主提供的信息：全年最低水位0.16m，截流堰下游宽3.86m，截流堰上游宽7.39m。
综上所述安装位置可选在截流堰往上游15m处。
2号河道

业主提供的信息：渠道存在拐角，宽度11.87m，类似矩形的地方宽8.3m,全年最低水位大概0.4m。
综上所述安装位置可选在拐角往直道30m左右的矩形渠道处。
3号河道

业主提供的信息：桥宽大概9m。  
综上所述安装位置可选在桥洞下游出口处，但需另做土建部分安装，绝对不能破坏桥基主体。

4号河道

业主提供的信息：现场有木头护栏，类似矩形的地方不能安装，旁边还有个  排水口。
综上所述安装位置可选在排水口往上游50-80m的天然河道处，但需另做土建，安装稳固。

注：选择水流平稳处测量，水流不平稳的地方，多数情况下是紊流，紊流条件下测量到的流速是跳动的，不稳定，误差会很大。确定最低水位，最低水位要比传感器顶部高5厘米。传感器应尽量安装于靠近渠底，如果渠底有很多沉淀物、淤泥、水草或者有石头需要清理，或者情况允许可以抬高安装位置，避免被沉积物与水草覆盖探头或者被石头冲击探头。探头距渠底的理想高度为100mm—250mm，具体要根据渠道的最低水位确定。
河道流量计测量有几个难点：
①截面积如何测量准，这个需要人工测量多个点的水深输入到变送器内，如果测量不准，或者测量点太少，就会影响截面积的准确度。这样的话可以增加测量点来提高流量监测的精度。
②河道从左到右的流速是不一样的，从上到下的流速也是不一样的，如果想提高测量准确度，最好使用ADCP(就是可以把水分成一层一层来测量流速的传感器)。

产品图片及显示部分：

主机和流速仪传感器两部分组成

传感器实物图（含安装配件）

多普勒流速仪结构尺寸图

 

显示界面1：水位、瞬时流量、累加水量

显示界面2：水位、流速、截面积、水温

注: 变送器不能直接放在露天太阳直射，不能淋雨或被水淹，需要仪表箱保护。变送器要远离220VAC、380VAC的动力电源线，还有电动机和变频器。距离220VAC的电缆线距离要有50厘米以上，距离380VAC的动力电源线要有150厘米以上。
距离功率15KW以内的电动机要有5米以上距离，距离功率15KW～30KW变频器要有10米以上距离，距离功率31KW～60KW变频器要有15米以上距离。给变送器供电的电路，都必须加浪涌保护器。无论是太阳能供电还是220VAC供电，避免雷击产生的感应电流或者感应电压损坏变送器。同时要把浪涌保护器用16平方以上的单芯电缆可靠接地。

安装注意事项（图）：
超声波多普勒流速仪传感器有一个不锈钢的安装底座，底座上的四个孔是用于跟地面固定，侧面的开口用于抱箍固定传感器用。

流速仪跟安装底座连接俯视图

传感器要正对着水流方向，左右偏差不能超过±3°。

传感器要正对着水流过来的方向

传感器跟水面要平行，上下角度偏差不超过±4°。

   
传感器水平安装要求（四边平行）
渠道安装及支架示意图：

安装在有淤泥的河道里面的方式

河提安装

梯形渠道
 

安装场景：
河道内安装条件和位置
对于较宽的河道，比如：自然河流、大型水库的泄洪渠、大坝下的船舶航道、水电站的泄洪道，从两个岸边到中间的流速相差很大，如果要测量流量就更加复杂了，因为不同位置流速不一样，流量也不一样。
在这种情况下，需要提高精度除了要满足渠道内安装的条件外，一般需要多个点采集流速数据。最少需要3个传感器，在河岸两边和中间各装一个。
比如把一个30米的河道平均分为10等分。

对河道进行等宽划分
在河道的两岸和中间各装一个传感器，然后全部接到在同一个主机上。

安装3个传感器的示意图
   为了提高测量精度，可以采用安装5个传感器来实现。

安装5个传感器的示意图
要确定现场测量点是否适合安装，有不少自然的河流，用支架安装很难，为了安装传感器，甚至要动用挖土机来做堤坝阻挡水流，形成方便施工的场地，这种情况下，就要考虑使用非接触式的河道流量计来测量了。
下面现场就是典型案例，四周没有可以安装支架的地方，最后动用大型机械做水中的围挡来帮助施工。

审核编辑 黄昊宇