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河流生态流量监测技术应用

水生态系统稳定与河流生态流量保障存在密不可分的关联,维持合理生态流量被视作河道生态功能存续的核心前提。水利领域相关学者指

水生态系统稳定与河流生态流量保障存在密不可分的关联,维持合理生态流量被视作河道生态功能存续的核心前提。水利领域相关学者指出,《水污染防治行动计划》已明确要求加强江河湖库水量调度管理,科学确定生态流量并在重点流域开展试点,同时需重点保障枯水期生态基流。

过去较长时期内,水资源开发利用重心被放在灌溉、发电等生产生活领域,各类水电站、水库、闸门等水利设施因此被大规模修建。这些设施在发挥供水发电效益的同时,也使得部分下游河道长期断流进而导致生态环境持续恶化,区域水循环系统被破坏,不少城市水体沦为死水且黑臭污染问题凸显,水生态平衡被彻底打破。水文行业专家提出,河道生态基流需达到正常流量 10% 以上,才能让河道水生态与两岸陆生生态功能正常发挥,而这一目标的实现,离不开精准生态流量监测技术作为支撑。

传统水利设施的流量监测多依赖闸位计或人工预估方式,这类方式的监测数据被认为缺乏足够精度,无法为生态流量管控提供可靠依据。随着水文监测技术发展,以雷达为核心的非接触式生态流量监测技术逐渐进入大众视野并被广泛应用,该技术的出现使生态流量监测的精准度与便捷性均得到显著提升。

水文监测领域研究人员阐释,雷达流速仪的测流原理基于多普勒效应,其工作时会向水面发射电磁波,电磁波接触运动水面后发生散射并形成回波,接收的回波频率会相对发射频率产生偏移,研究人员可通过多普勒频率方程推算出水面流速。定点式雷达流速仪系统可接入多个雷达探头,相当于在监测断面布设多条测量垂线,结合断面参数便能计算出断面流量,同时该技术也适用于洪水期高流速监测场景。

生态流量精准测算不能仅依靠流速数据,还需结合水位信息实现流量换算,雷达速度面积法因此被应用到流量监测中。该方法会用雷达流速仪获取流速 V,用雷达水位计获取水位 H,同时在控制器中预设渠道参数,控制器会借助水位数据自动换算出过流面积 S,再通过公式 Q=V×S 计算出瞬时流量,这一技术也因适配各类形态断面而得到推广。

一套完整的监测系统由多类设备协同构成。雷达流速仪具备防水防结露防雷的设计特点,可适应各类野外复杂环境,其非接触式测量模式不会受气候、泥沙、漂浮物等因素影响,同时能实现快速精准测量且数据输出稳定,配套控制器远传设备还能对接现有水文遥测系统,宽电压范围使其适配太阳能供电。雷达水位计则能实现 30 米范围内水位监测,测量精度可达 ±3mm 且能通过 RS485 Modbus 完成信号输出。

遥测终端机作为系统数据处理与传输核心,具备多元通信功能,可支持 GPRS、短消息、卫星等多种通信方式,同时能适配实时在线与定时唤醒等工作模式。该设备可采集水位、雨量、流速等多类数据且支持传感定制,还具备图片抓拍、远程管理、报警、海量存储等功能,其端口抗雷击设计也省去了外置防雷模块的配置。此外,太阳能供电组件、镀锌钢管、设备机箱、安装支架等设施也被整合到系统中,共同保障监测工作稳定开展。

工程技术人员建议,雷达水位计通常会与太阳能板、配电箱等一同安装在立杆之上,雷达流速仪则需保持 45°-60° 安装夹角以确保精度,多数场景下两类雷达设备需配套安装,以此实现流速与水位数据同步获取。

专业云数据展示平台可实现多站点水位、流速、流量等信息的集中展示,其功能覆盖站点管理、实时数据查看、历史数据调取、报表生成及数据导出等。平台适配的水文通讯规约保障了数据传输规范性,免费开放的云平台也让更多水利管理单位能够便捷获取监测数据,相关数据被水务与环保部门用于各类水利设施下泄流量的实时管控,进而为下游生态流量保障提供数据支撑。

河流生态流量监测技术的应用,让水利管理部门对河道生态流量的管控从粗放走向精准,监测数据为流域水量调度提供了科学参考,也让生态补水、闸坝联合调度等措施的实施具备了可靠依据,为水生态系统修复与保护筑牢了技术根基。