Funktionen und Anwendungsfälle des integrierten hydrologischen Radar-Durchflussmessers

IIn den Bereichen hydrologische Überwachung, städtische Entwässerung und Hochwasserwarnung ist die genaue und zuverlässige Messung des Durchflusses in offenen Kanälen (wie Flüssen, Bewässerungskanälen und Abflussrohren) von entscheidender Bedeutung. Herkömmliche Methoden zur Messung von Wasserstand und -geschwindigkeit erfordern häufig das Eintauchen der Sensoren in Wasser, wodurch sie anfällig für Schäden durch Sedimente, Ablagerungen, Korrosion und Hochwassereinwirkung sind. Der integrierte hydrologische Radar-Durchflussmesser mit seinen berührungslosen, hochpräzisen und multifunktionalen Vorteilen bewältigt diese Herausforderungen perfekt und wird zunehmend zur bevorzugten Lösung für die moderne hydrologische Überwachung.

I. Was ist ein „integrierter“ Durchflussmesser?

Der Begriff „integriert“ bezieht sich auf die Zusammenführung dreier zentraler Messfunktionen in einem einzigen Gerät:

1. Geschwindigkeitsmessung: Nutzt das Prinzip des Radar-Doppler-Effekts, indem Mikrowellen in Richtung der Wasseroberfläche gesendet und Echos empfangen werden. Auf Grundlage der Frequenzänderungen wird die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit berechnet.
2. Wasserstandsmessung: Verwendet die Frequenzmodulierte-Dauerstrich-Radartechnologie (FMCW), die durch Berechnung der Zeitdifferenz zwischen Mikrowellenübertragung und -empfang die Entfernung vom Sensor zur Wasseroberfläche präzise misst und so den Wasserstand ermittelt.
3. Berechnung der Durchflussrate: Ausgestattet mit einem Hochleistungsprozessor berechnet es automatisch die momentanen und kumulativen Durchflussraten mithilfe hydraulischer Modelle (z. B. Geschwindigkeits-Flächen-Methode) auf der Grundlage von Echtzeitmessungen des Wasserstands und der Geschwindigkeit, kombiniert mit vorab eingegebener Kanalquerschnittsform und -abmessungen (z. B. rechteckig, trapezförmig, kreisförmig).

II. Kernfunktionen und Vorteile

1. Vollständig berührungslose Messung
   • Besonderheit: Der Sensor hängt über der Wasseroberfläche, ohne direkten Kontakt mit dem Wasserkörper.
   • Vorteil: Probleme wie Sedimentablagerung, Schmutzansammlung, Korrosion und Auswaschung werden vollständig vermieden, wodurch Wartungskosten und Sensorverschleiß deutlich reduziert werden. Besonders geeignet für raue Bedingungen wie Überschwemmungen und Abwasser.
2. Hohe Präzision und Zuverlässigkeit
   • Funktion: Die Radartechnologie bietet starke Entstörungsfähigkeiten und wird weniger von Umweltfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wasserqualität beeinflusst. Die Genauigkeit der FMCW-Radar-Wasserstandsmessung kann ±2 mm erreichen, bei stabiler Geschwindigkeitsmessung.
   • Vorteil: Liefert kontinuierliche, stabile und genaue hydrologische Daten und bietet so eine zuverlässige Grundlage für Entscheidungen.
3. Einfache Installation und Wartung
   • Besonderheit: Der Sensor wird lediglich mit einer Halterung (z. B. an einer Brücke oder einem Mast) über dem Kanal befestigt, ausgerichtet auf den Messquerschnitt. Keine baulichen Anlagen wie Beruhigungsrohre oder Gerinne erforderlich.
   • Vorteil: Vereinfacht die Installationstechnik erheblich, verkürzt die Bauzeit, reduziert die Baukosten und Installationsrisiken. Die tägliche Wartung umfasst lediglich die Reinigung der Radarlinse, wodurch der Wartungsaufwand minimiert wird.
4. Integrierte Funktionalität, intelligent und effizient
   • Besonderheit: Das „integrierte“ Design ersetzt herkömmliche Mehrgeräte-Setups wie „Wasserstandssensor + Fließgeschwindigkeitssensor + Durchflussberechnungseinheit“.
   • Vorteil: Vereinfacht die Systemstruktur und reduziert potenzielle Fehlerquellen. Integrierte Algorithmen führen automatisch alle Berechnungen durch und übertragen Daten per Fernzugriff über 4G/5G, LoRa, Ethernet usw., was einen unbemannten Betrieb und eine Fernüberwachung ermöglicht.
5. Große Reichweite und breite Anwendbarkeit
   • Funktion: Kann sowohl langsame Strömungen als auch Hochwasser messen, mit Wasserstandsmessbereichen von bis zu 30 Metern oder mehr.
   • Vorteil: Geeignet für die ganzjährige Überwachung von Trockenzeiten bis hin zu Hochwasserzeiten. Das Gerät wird durch plötzliche Wasserspiegelanstiege nicht überflutet oder beschädigt, sodass eine unterbrechungsfreie Datenerfassung gewährleistet ist.

Typische Anwendungsfälle

Fall 1: Intelligente Stadtentwässerung und Warnung vor Staunässe

• Szenario: Eine Großstadt muss den Wasserstand und die Durchflussrate wichtiger Abwasserleitungen und Flüsse in Echtzeit überwachen, um auf extreme Regenfälle reagieren und umgehend Hochwasserschutz- und Abwassernotfälle einleiten zu können.
• Problem: Herkömmliche Unterwassersensoren können bei starkem Regen leicht durch Schmutz verstopft oder beschädigt werden und ihre Installation und Wartung in Brunnen ist schwierig und gefährlich.
• Lösung: Installieren Sie integrierte Radar-Durchflussmesser an wichtigen Pipeline-Auslässen und Flussquerschnitten, montiert auf Brücken oder speziellen Masten.
• Ergebnis: Die Geräte arbeiten rund um die Uhr stabil und übermitteln Echtzeit-Durchflussdaten an die intelligente Wassermanagement-Plattform der Stadt. Steigen die Durchflussraten, was auf ein erhöhtes Staunässerisiko hindeutet, gibt das System automatisch Warnungen aus und verschafft so wertvolle Reaktionszeit. Die berührungslose Messung gewährleistet Genauigkeit auch bei stark verschmutztem Wasser, sodass Wartungspersonal keine Gefahrenbereiche betreten muss.

Fall 2: Ökologisches Abflussüberwachungs-Monitoring im Wasserbau

• Szenario: Umweltvorschriften schreiben vor, dass Wasserkraftwerke und Stauseen einen bestimmten „ökologischen Durchfluss“ freigeben müssen, um die Gesundheit der Flüsse flussabwärts zu erhalten. Dies erfordert eine kontinuierliche Überwachung der Einhaltung.
• Problem: Die Auslassöffnungen weisen komplexe Umgebungen mit turbulenten Strömungen auf, was die Installation herkömmlicher Instrumente schwierig und schadensanfällig macht.
• Lösung: Installieren Sie integrierte Radar-Durchflussmesser über den Abflusskanälen, um die Geschwindigkeit und den Wasserstand des abgelassenen Wassers direkt zu messen.
• Ergebnis: Das Gerät misst präzise Durchflussdaten, unabhängig von Turbulenzen und Spritzern, und erstellt automatisch Berichte. Dies liefert den Wasserwirtschaftsbehörden einen eindeutigen Konformitätsnachweis und vermeidet gleichzeitig die Schwierigkeiten bei der Installation von Geräten in Gefahrenbereichen.

Fall 3: Messung des landwirtschaftlichen Bewässerungswassers

• Szenario: Große Bewässerungsgebiete benötigen für eine mengenbasierte Abrechnung eine präzise Messung der Wasserentnahme auf verschiedenen Kanalebenen.
• Problem: Kanäle enthalten hohe Sedimentkonzentrationen, die Kontaktsensoren verschütten können. Die Stromversorgung und Kommunikation im Feld sind eine Herausforderung.
• Lösung: Verwenden Sie solarbetriebene integrierte Radar-Durchflussmesser, die auf Messbrücken über landwirtschaftlichen Kanälen installiert sind.
• Ergebnis: Durch die berührungslose Messung werden Sedimentprobleme ignoriert, Solarenergie löst Probleme mit der Stromversorgung vor Ort und die drahtlose Datenübertragung ermöglicht eine automatisierte und präzise Messung des Bewässerungswassers, was die Wassereinsparung und effiziente Nutzung fördert.

Fall 4: Bau hydrologischer Stationen für kleine und mittelgroße Flüsse

• Szenario: Bau hydrologischer Stationen in abgelegenen Gebieten an kleinen und mittelgroßen Flüssen als Teil des nationalen hydrologischen Netzwerks.
• Problem: Hohe Baukosten und schwierige Wartung, insbesondere bei Hochwasser, wenn die Durchflussmessung riskant und schwierig ist.
• Lösung: Verwenden Sie integrierte Radar-Durchflussmesser als Kernausrüstung zur Durchflussmessung, ergänzt durch einfache Beruhigungsbrunnen (zur Kalibrierung) und Solarstromsysteme zum Bau unbemannter hydrologischer Stationen.
• Ergebnis: Der bautechnische Aufwand und die Baukosten hydrologischer Stationen werden deutlich reduziert, eine automatisierte Durchflussüberwachung ermöglicht, Sicherheitsrisiken für das Personal bei Hochwassermessungen werden eliminiert und die Aktualität und Vollständigkeit hydrologischer Daten verbessert.

IV. Zusammenfassung

Mit seinen herausragenden Merkmalen wie berührungslosem Betrieb, hoher Integration, einfacher Installation und minimalem Wartungsaufwand revolutioniert der integrierte hydrologische Radar-Durchflussmesser traditionelle Methoden der hydrologischen Durchflussüberwachung. Er bewältigt Messaufgaben unter rauen Bedingungen perfekt und wird häufig in der städtischen Entwässerung, im Wasserbau, in der Umweltüberwachung, der landwirtschaftlichen Bewässerung und vielen weiteren Bereichen eingesetzt. Er bietet zuverlässige Datenunterstützung und technische Sicherheit für intelligentes Wassermanagement, Wasserressourcenverwaltung sowie Hochwasser- und Dürreschutz und ist damit ein unverzichtbares Werkzeug in modernen hydrologischen Überwachungssystemen.

Kompletter Satz von Servern und Software-Funkmodul, unterstützt RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN

Für mehr Radarsensor Information,

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