水电站生态流量监测管理系统
应用背景
生态流量是指水流区域内保持生态环境所需要的水流流量。近年来，一些水电站因下泄生态流量不足造成部分河段减水、脱水甚至干涸，一定程度上影响了河流的正常生态功能和群众的生产、生活。
为保障河湖生态用水，推进小水电绿色发展，维护河流健康生命，发布了《水利部 生态环境部关于加强长江经济带小水电站生态流量监管的通知》（水电[2019]241号）。为做好小水电站生态流量监测管理平台建设工作，水利组织编制了《水利部办公厅关于印发小水电站生态流量监管平台技术指导意见的通知》（办水电函〔2019〕1378 号）。
水电站生态流量监测管理系统要求实时监测水电站下泄流量数据，视频/图像监控泄水口实况，将现场信息远程传输至省级水利、环保平台，实现实时监测管理和数据共享。
解决方案
平升公司结合全国各地此类项目的实际经验，进一步优化了水电站生态流量监测管理系统解决方案。
系统构成：
系统功能
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实时监测下泄流量 |  |
视频/图像监控泄水口实况 | |
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生态流量监测终端DATA-9201，实时采集泄水口的测量仪表数据，直读流量计或通过水位折算流量，并远传至中心。还可扩展监测雨量、水质等。 |
生态流量监测终端控制摄像头/照相机，定时拍照、保存、推送图像至中心，实时视频监控，支持GB/T 28181视频传输协议。 |
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视频/图像上叠加实时流量数据 |  |
按水利/环保部标准通信规约上报至省平台 | |
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生态流量监测终端通过内部程序，为视频/图像叠加电站统计代码、电站名称、采样时间、实时流量数据、核定流量等信息，远传至中心。
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多种通信方式可选： ◆ 光纤/4G：可传输视频和数据 ◆ 3G/2G：可传输数据和照片 ◆ NB-IoT：只传输数据 具备多种上报规约： ◆ 《水资源监测数据传输规约（SL/T427-2021）》 ◆ 《水资源监测数据传输规约（SZY206-2016）》 ◆ 《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准（HJ/T212-2017）》 ◆ 《水文监测数据通信规约（SL651-2014）》 ◆ 《四川省水文测报系统技术规约（SCSW008-2015）》 ◆ MQTT协议 ◆ 其他特殊规约可定制开发 |
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远程监测管理平台 |
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自动考核 |
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展示下泄实况 |
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电站管理 |
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统计报表 |
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泄放达标率 |
生态流量数据 |
地图展示所有测点 |
按日/月/年统计 |
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实时监测下泄流量 |
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生态流量监测终端DATA-9201，实时采集泄水口的测量仪表数据，直读流量计或通过水位折算流量，并远传至中心。还可扩展监测雨量、水质等。 |
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视频/图像监控泄水口实况 |
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生态流量监测终端控制摄像头/照相机，定时拍照、保存、推送图像至中心，实时视频监控，支持GB/T 28181视频传输协议。 |
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视频/图像上叠加实时流量数据 |
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生态流量监测终端通过内部程序，为视频/图像叠加电站统计代码、电站名称、采样时间、实时流量数据、核定流量等信息，远传至中心。
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按水利/环保部标准通信规约上报至省平台 |
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多种通信方式可选：
具备多种上报规约：
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远程监测管理平台 |
| 自动考核 | 展示下泄实况 | |
| 泄放达标率 设备在线率 不达标自动报警 |
生态流量数据 历史图像 实时视频 |
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| 电站管理 | 展示下泄实况 | |
| 地图展示所有测点 列表展示测点信息 通过搜索查询测点 免考管理 |
按日/月/年统计 生成流量曲线 可导出报表 生态电价补贴标准统计 |
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系统优势
★ 成熟对接各省平台
硬件设备对接：
设备按标准水文/水资源/环保/MQTT协议将监测数据上报至省/市级平台，同时支持定制其它协议
软件对接：
平升水电站生态流量监测软件，通过数据库/HTTP+JSON/OPC方式对接省平台
★ 本地存储数据、视频（或图片），具备数据补传功能
◆ 本地存储尤其方便了不具备网络条件的测点，可定期到现场用固态硬盘（或U盘）导出信息，通过电脑报送至监管平台。
◆ 通信网络异常时，可将存储数据补传至监管平台，保证数据的连续性、准确性。
◆ 对于有网的测点，本地存储方便备份数据和视频/图像。
★ 远程修改采集参数，无需跑现场
★ 成熟对接各省平台
硬件设备对接：
设备按标准水文/水资源/环保/MQTT协议将监测数据上报至省/市级平台，同时支持定制其它协议
软件对接：
平升水电站生态流量监测软件，通过数据库/HTTP+JSON/OPC方式对接省平台
★ 本地存储数据、视频（或图片），具备数据补传功能
◆ 本地存储尤其方便了不具备网络条件的测点，可定期到现场用固态硬盘（或U盘）导出信息，通过电脑报送至监管平台。
◆ 通信网络异常时，可将存储数据补传至监管平台，保证数据的连续性、准确性。
◆ 对于有网的测点，本地存储方便备份数据和视频/图像。
★ 远程修改采集参数，无需跑现场
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远程修改：
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远程修改：
• 采集间隔 • 上报间隔 ......
流量计量方法
| （1）管道下泄式 |  |
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测量装置：管道流量计 流量计量方法：直读流量计 特点：精度高，安装施工难度较小；与普通供水管道测流区别不大。 |
| （2）渠道下泄式 |  |
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测量装置： • 测流量——明渠流量计、雷达流量计 • 测水位——超声波/雷达/投入式液位计 流量计量方法： • 直读流量计——明渠流量计、雷达流量计 • 水位折算法——监测终端RTU内嵌计算公式，通过采集的水位折算出流量 特点：安装施工难度较小，适用范围广；精度适中，费用较高（因渠道形状多数为不规则，需人工修建量水堰槽）。 |
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| （3）闸门开度下泄式 |  |
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测量装置： • 超声波/雷达/投入式水位计——测量闸前、闸后水位 • 闸位计——测量闸门开度 流量计算方法： 监测终端RTU内置水力学P75公式，直接通过闸门前后水位、闸门开度值，换算下泄流量 特点：安装难度适中，有土建工作，费用适中；适用范围广（适合大多数水电站），精度适中。 |
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| （4）人工抽水下泄式 |  |
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测量装置：无 流量计量方法：可以直接根据水泵功率换算水泵扬程，从而计算出下泄流量数据，此种模式通过监测水泵电流来判断是否在下泄流量，只需监测水泵功率即可换算下泄流量值 特点：安装极为简单，费用低；精度适中，适用范围较小，需要电源持续给水泵供电，消耗电力资源。 |
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| （5）机组发电下泄式 |  |
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测量装置：无 流量计量方法：直接监测机组发电量，来推算下泄流量数据，此种模式只需要安装计量电表即可，通过发电功率计算下泄流量值 特点：安装简单，费用较低；精度适中，适用范围较小，只有坝后式水电站采用此种方式。 |
（1）管道下泄式
测量装置：管道流量计
流量计量方法：直读流量计
特点：
精度高，安装施工难度较小；与普通供水管道测流区别不大。
（2）渠道下泄式
测量装置：
- 测流量——明渠流量计、雷达流量计
- 测水位——超声波/雷达/投入式液位计
流量计量方法：
- 直读流量计——明渠流量计、雷达流量计
- 水位折算法——监测终端RTU内嵌计算公式，通过采集的水位折算出流量
特点：
安装施工难度较小，适用范围广；精度适中，费用较高（因渠道形状多数为不规则，需人工修建量水堰槽）。
（3）闸门开度下泄式
测量装置：
- 超声波/雷达/投入式水位计——测量闸前、闸后水位
- 闸位计——测量闸门开度
流量计算方法：
监测终端RTU内置水力学P75公式，直接通过闸门前后水位、闸门开度值，换算下泄流量
特点：
安装难度适中，有土建工作，费用适中；适用范围广（适合大多数水电站），精度适中。
（4）人工抽水下泄式
测量装置：无
流量计量方法：
可以直接根据水泵功率换算水泵扬程，从而计算出下泄流量数据，此种模式通过监测水泵电流来判断是否在下泄流量，只需监测水泵功率即可换算下泄流量值
特点：
安装极为简单，费用低；精度适中，适用范围较小，需要电源持续给水泵供电，消耗电力资源。
（5）机组发电下泄式
测量装置：无
流量计量方法：
直接监测机组发电量，来推算下泄流量数据，此种模式只需要安装计量电表即可，通过发电功率计算下泄流量值
特点：
安装简单，费用较低；精度适中，适用范围较小，只有坝后式水电站采用此种方式。
应用案例
案例一：福建水电站下泄生态流量监测系统
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现场情况：水电站无光纤网络，4G网络信号好，管道式泄水口，有市电。 监测设备： 在泄水口安装管道电磁流量计，附近立杆安装摄像头和市电供电型水电站生态流量监测终端DATA-9201，立杆上安装摄像头并对准泄水口。监测终端将采集的下泄流量数据和视频/图像，通过4G网络远程传输至省平台。 通信网络： 4G 上报平台（两个）： （1）监测终端按环保协议，上报至福建省下泄流量平台。 （2）监测终端按平升协议，上报至平升为水电站搭建的水电站下泄生态流量监测平台。 |
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案例二：云南水电站下泄生态流量监测系统
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现场共两类测点： （一）管道式下泄口，4G网络信号良好，有市电。 （二）闸门式泄水口，有光纤网络，有市电。 监测设备： 管道式泄水口安装外夹式超声波流量计，泄水口附近立杆安装市电供电型监测终端，直接读取流量数据。立杆上安装照相机对准泄水口拍照。监测终端采集现场信息通过4G网络远传直至监测平台。 闸门式泄水口安装水位计、闸位计，泄水口附件立杆安装市电供电型监测终端，采集水位计及和闸位计数据，通过水力学公式计算出流量，立杆上安装摄像头对准泄水口摄像。监测终端采集现场信息通过光纤远传直至监测平台。 通信网络： 4G、光纤 上报平台（两个）： 前端监测设备按平升协议上报至平升为水电站建设的水电站下泻生态流量监测平台； 平升水电站下泄生态流量监测平台通过接口说明，与华南水电平台对接。 |
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水电站生态流量监测项目现场照片（部分）：
案例一：福建水电站下泄生态流量监测系统
现场情况：水电站无光纤网络，4G网络信号好，管道式泄水口，有市电。
监测设备：
在泄水口安装管道电磁流量计，附近立杆安装摄像头和市电供电型水电站生态流量监测终端DATA-9201，立杆上安装摄像头并对准泄水口。监测终端将采集的下泄流量数据和视频/图像，通过4G网络远程传输至省平台。
通信网络： 4G
上报平台（两个）：
（1）监测终端按环保协议，上报至福建省下泄流量平台。
（2）监测终端按平升协议，上报至平升为水电站搭建的水电站下泄生态流量监测平台。
案例二：云南水电站下泄生态流量监测系统
现场共两类测点：
（一）管道式下泄口，4G网络信号良好，有市电。
（二）闸门式泄水口，有光纤网络，有市电。
监测设备：
管道式泄水口安装外夹式超声波流量计，泄水口附近立杆安装市电供电型监测终端，直接读取流量数据。立杆上安装照相机对准泄水口拍照。监测终端采集现场信息通过4G网络远传直至监测平台。
闸门式泄水口安装水位计、闸位计，泄水口附件立杆安装市电供电型监测终端，采集水位计及和闸位计数据，通过水力学公式计算出流量，立杆上安装摄像头对准泄水口摄像。监测终端采集现场信息通过光纤远传直至监测平台。
通信网络： 4G、光纤
上报平台（两个）：
前端监测设备按平升协议上报至平升为水电站建设的水电站下泻生态流量监测平台；
平升水电站下泄生态流量监测平台通过接口说明，与华南水电平台对接。
水电站生态流量监测项目现场照片（部分）：