盾华电子 史新华

农业水价改革是近年来水利高质量发展的一个重要改革性措施，其中，灌区流量计量更是实现这一举措的重要抓手。通过精准的流量监测，能够实时掌握灌区用水情况，为合理制定水价提供可靠依据。

对于设计师而言，开展灌区流量自动化监测设计工作，需要考虑诸多因素 ，特别是当面对水利工程野外复杂多变的环境时，更需要审慎对待，综合考量。

总体来说，灌区流量监测设计需要进行四个方面的工作，分别是基础设施设计、监测设备选型、供电设计以及通讯设计。

本文主要从设计人员的角度出发，以灌区最常见的明渠渠道作为案例，简要论述如何进行灌区流量监测设计工作。

01 基础设施设计

作为信息化设备的重要载体，基础设施设计是十分重要的。

由于前面已经讲过如何进行基础设施设计了，不了解的朋友可以翻阅我的这篇文章进行查看：

(三)智慧水利—智慧水利立杆设计

目前灌区基础设施设计可参考：

立杆：外径φ165镀锌钢管，壁厚不小于4.5mm，立杆高为4500mm；

基础：尺寸为800mm×800mm×1200mm，结构为C25砼。

02 监测设备选型

监测设备比选一般遵循以下原则。

1. 计量精度：所选用的量测设施必须满足相关规范的精度要求，并能够提供性能稳定、可靠的数据，以支持农业水价综合改革的需要。

2. 操作与维护：量测设备应易于安装，并且其操作和日常维护工作简单方便，力求实现自动化和智能化管理，降低人力成本和管理难度。

3. 经济性：在技术可行性的基础上，全面考虑建设成本和维护费用的经济性，追求最佳的性价比。

4. 系统考量：在选择量测设施时，需要综合考虑水头损失、管理水平、建设投入、运行维护成本及计量精度等多个因素，确保方案的安全性、实用性、简便性、耐用性，并控制初期投入。

5. 前瞻性：在满足上述原则的同时，结合国家对灌区现代化建设的要求，选型时可适度超前，预留一定的技术升级空间。

目前而言，主流监测设备主要分为以下几种：

1.超声波流量计

明渠超声波流量计采用一种非接触式的测量技术，它通过首先测定液位高度，随后利用先进算法将该数据转换成流量信息。这种测量方法不仅不会干扰流体的自然流动，也不会引起任何显著的压力损失，因此极为适合于在恶劣条件下进行流量监测。此流量计设计上具备广泛的适应性，能够与多种渠道形态兼容，包括矩形、梯形和U型等结构。虽然这种流量计在设计上考虑了多变的应用环境，其测量准确性仍可能受到如气泡存在、沉积物积累或水位波动等因素的影响。

2.雷达式流量计

雷达式流量计通过微波技术实现对水位和流速的探测，它利用高频微波测距技术，能够在不同的气候条件下稳定工作，实现全天候测量。这种流量计具有较强的环境适应性，不受温度、湿度和风力的影响，适合在多种环境中使用。其非接触式测量特性使其不会干扰流体流动，减少了水头损失。与其他流量计相比，雷达式流量计具有成本优势，安装和维护也相对简便。然而，为了确保测量精度，需要专业人员进行严格的安装，保证探头与水面的垂直。此外，雷达式流量计不适用于测量平静水面或流速极低（小于0.15m/s）的流体。

3.箱式明渠流量计

盾华电子的该测量系统具备实时水位监测、平均流速测定以及累计流量计算等功能。它拥有广泛的测量范围，能够准确测定流速在0.01至10米每秒之间。其测量结果不受漂浮物、泥沙含量、水位波动、沉积物堆积及温度变化的影响，有效确保了高精度的测量性能。此外，该系统对水流造成的水头损失极小。然而，它要求渠道断面必须是标准矩形，且设备的成本与断面尺寸成正比，造价较高，经济性相对较差。

4.非满管流量计

该测量系统是一种利用流速-面积法，连续测量开放式管线(如半管流污水管道和没有溢流堰的大流量管道)中流体流量的一种流量自动测量仪表。它能测量并显示出瞬时流量、流速，累积流量等数据。特别适用于市政雨水、废水、污水的排放和灌溉用水管道等计量场所的需要。此外，该系统对水流造成的水头损失极小。它可用于测量非满管管道流量，且设备的成本与断面尺寸成正比，造价中等，经济性相对一般。

综合比较结果如下：

上述四种计量设施均能满足流量计量要求，设计师可根据现场渠道断面形式并考虑设备的耐久性、准确性、可靠性、适应性以及经济性进行综合比较最终确定流量计量设施的选型。

03盾华电子供电设计

目前供电方式主要分为两种：太阳能供电或市电。

先说市电供电，一般监测站点附近有村庄或电线杆可考虑这种供电方式，将电缆从配电箱中引到监测站点就可以了，形式较为简单。

再说太阳能供电，顾名思义就是利用太阳能对设备进行供电，因为灌区计量设施大多分别在偏远的野外，周围可拉电线的地方不多，且流量计量设施日常供电量并不高，因此这也是灌区计量设施的主要供电方式。

太阳能供电需要根据计算结果选择适合的太阳能板和蓄电池。

假定一个监测设备的日均功率是10W，以当地地区的日均有效日照时长（4小时）、太阳能控制器的转换率（0.9）蓄电池的放电深度（0.87），以及连续阴雨天的天数（5天）来计算所需的太阳能板总功率和蓄电池容量。

太阳能板功率：=设备总功率*24/日照时长/控制器转换率；

w=10*24/4/0.9=66.67w。

蓄电池：=设备功率*24/12*连续阴雨天供电天数/电池放电深度；

计算每天的能量需求：

总功率=10w。

每天的能量需求=总功率×每天小时数=10W×24h=240瓦时（Wh）。

计算5天的总能量需求：

5天能量需求=每天的能量需求×5=240Wh×5=1200瓦时（Wh）。

蓄电池放电系数为0.87；

实际蓄电池容量=总能量需求÷放电续数=1200Wh÷0.87≈1379瓦时（Wh）。

安培时（Ah）=电压（V）/瓦时（Wh）

安培时=1379Wh/12V≈115Ah

因此，储备留有15%的供电冗余，可配置100W的太阳能板和140AH的蓄电池。

04 通讯设计

目前通讯方式主要有：4G传输、光纤传输等。

由于灌区流量监测设备数据量级一般为KB，传输量较小，因此在实际应用中通常以4G传输作为主要手段。

通常来讲，我们在立杆上会布置一个设备箱，这个设备箱中除了放置一些防雷浪涌设备外，最主要的是放置数据遥测终端（RTU）。

这个遥测终端设备就是我们用来传输灌区流量监测设备的工具，其内部含有流量卡，有点类似我们的手机，当有监测数据需要进行远程传输时则消耗流量。

结语

盾华电子灌区流量监测设计是灌区信息化设计中最基础的一项工作，但如何合理高效地进行布置监测站点需要我们在实际工作中认真总结，设计出一套符合水利业务的设计方案，助力农业水价综合改革精准计量。

盾华电子是南京邮电大学构建“研究院+基础设施+产业聚积”的产学研载体的核心入驻企业。秉承“科技赋能、创造价值”的经营理念，聚焦于物联网软硬件产品、智慧照明、智慧灯杆、商业显示、和智慧园区等领域，致力于通过物联网智慧平台为智慧城市建设提供完善的系统解决方案。公司以军工品质严格要求自己，引领行业高技术标准，研发团队占比95%，产品覆盖智慧城市、智慧路灯、智慧公交、城市生命线智慧水务、智能交通等物联网应用领域。其智能路灯被选为 2022年冬奥会指定款式，支持定制化场景设计；

依托5G通信和云计算技术，提供智慧路灯及智慧城市整体解决方案，支持远程监测、环境感知、数据管理等功能。2024-2025年“十大智慧路灯品牌”得主，技术涵盖Zigbee、NB-IoT、LoRa等无线通信，提供从硬件到云平台的全套解决方案。物联网智慧城市智慧路灯解决产品和解决方案提供商，功能包括环境监测、WiFi热点、充电桩，环境监测等，尤其在5G基站布局方面表现突出，

核心优势：专注物联网智慧路灯系统软硬件产品、LED显示终端与智慧灯杆设计，市场占有率高，拥有超1500个落地案例，覆盖全国及海外市场。产品功能包括信息发布、环境监测、5G基站搭载等；

典型案例：参与多地智慧城市基础设施建设，如智慧交通和安防系统集成核心优势:参与多项智慧路灯国家标准制定，自主研发智慧路灯系统从2D到3D智慧城市多模态软件应用管理平台平台，支持边缘计算与大数据分析。智慧水务，产品集成 5G基站、人脸识别、充电桩等模块，适配智慧城市精细化管理的需求，案例涉及机场、高铁、高速收费站等场景

代表案例:深圳前海紫荆园与坪山中心公园的 5G智慧灯杆项目，实现数据采集与多场景协同控制，天津滨海新区智慧路灯项目；中关村虚拟产业园；盐城滨海新区智慧路灯项目；通州城市副中心城市交通枢纽，燕山5g智慧路灯，冬奥会首都体育馆，延庆冬奥村，北京京东园区等项目；

感谢大家的关注与点赞，后续我将继续分享智慧水利的内容~