水务水利工程中，为了实时获取水位、流量、水质、雨量等关键参数，广泛应用了各类非接触式监测设备。所谓非接触式，即传感器无需直接浸入水体或接触被测介质，而是通过物理信号（如声波、微波、光波等）进行遥测。这类设备具有安装维护方便、安全性高（无需断流或取样）、适应恶劣环境等优点。本文按照不同监测类型分章节介绍水位、流量、水质、雨量等非接触式监测设备的原理、应用场景及主流实例，供工程技术人员参考。

水位计

水位是水利监测的基本参数，非接触式水位计则包括雷达式、超声波式、激光式等类型：

雷达式水位计

利用微波雷达测距原理非接触测量水位。雷达天线朝向水面发射电磁波脉冲，测量其往返水面的时间或频率变化来计算距离，从而得到水位值。雷达微波在空气中传播速度恒定且不依赖介质，因此雷达法不受空气温度、压力影响，在真空、高温等环境也可工作。

此外，雷达波可穿透蒸汽、尘埃等介质表层干扰，而这些往往是超声波设备的弱点。

雷达水位计一般采用高频微波（常用24GHz或60GHz频段），频率越高波束越窄、精度越高。其天线可安装在桥梁、水闸上方或水库大坝顶端，远离洪水冲击。典型应用包括河道水位站、水库水位自动监测等，尤其适用于水面宽、流速快且不易布设接触式传感器的场合（如洪水期的江河）。

超声波水位计

利用高频声波的飞行时间来测量水位距离。超声波传感器安装在水面上方，发出20～200 kHz的声脉冲，声波遇到水面反射回传感器，计算往返时间即可得水位高度。超声波液位计结构简单、成本较低，在泵站水池、水处理沉淀池等场景大量应用。不过，空气中声速会随温度、湿度变化而改变，需对量程进行温度补偿修正。同时，现场环境对超声测量影响较大：水面的湍流、波浪或浮沫会散射吸收声波，导致回波减弱或失真；蒸汽、浓雾以及化学气体也可能削弱声波强度。为提高可靠性，工程上常加装导波管（静水井）来平稳水面回波，或选用智能信号处理的超声波仪表过滤杂波影响。尽管有上述局限，超声波水位计由于价格低、无机械部件、维护方便，仍是应用最为广泛的非接触式水位监测仪表之一。在城市排水渠液位监控、污水处理厂池位、给水调节池液位等领域，超声波传感器都是常见选择。

激光式水位计

采用激光测距原理的非接触水位计。

典型地，仪器向水面发射一束激光，接收反射光并测量飞行时间，从而精确计算距离。由于激光具有方向性强、光束发散小的特点，在烟雾、蒸汽环境下仍能较好地穿透且受到干扰小。

激光水位计测距精度高、响应快，可用于要求高精度测量的场所，例如实验渠道、水力学模型等。同时激光传感器也适合在矿井、水洞等有雾气的封闭空间监测液位。

然而，激光光学设备价格相对昂贵，其光学窗口需要定期清洁以保证测量准确。在户外长期使用时，灰尘和水汽容易在透镜上积聚，因此激光水位计的维护要求较高。

目前激光式液位计主要用于工业过程和特殊场景，在大多数水利工程中应用相对较少，但随着成本下降和技术进步，也开始出现在一些高端监测站中作为补充。

视频图像水位监测

近年来兴起的一种新技术，通过岸边安装的摄像机采集河道或水库的水尺刻度、堰槽出流等图像，利用计算机视觉算法识别水位。

比如，对准量水尺拍摄的图像可以通过模式识别读出刻度淹没高度，从而得到水位值；或者通过分析水面在堰板上的浸润高度来推算上游水位。

视频水位监测实现了真正的远程非接触测量，适合无法安装传感器或需要利用现有监控摄像头的情况。

目前一些“智慧水务”系统中已有试点应用，将城市河道的监控摄像头图像用于水位自动采集。这种方法受限于光照、摄像机角度等因素，但随着人工智能图像识别的提高，有望成为传统水位计的有益补充。

非接触式水位监测设备几乎覆盖了所有水利场景。

在江河、湖泊等自然水体中，雷达水位计因其量程大、抗风浪能力强，非常适合长期无人值守的水文站和防洪预警站使用。

在水库大坝和水电站中，雷达或激光水位计可高精度监测库水位、闸门上下游水位，以指导调度运行。

在城市给排水系统中，超声波水位计安装于下水道检查井或泵站集水井顶部，用于监测管网水位和防涝预警。

在工业过程如水处理厂的沉淀池、清水池，常见超声波或雷达液位计实现液位自动控制。

流量监测

流量是评估水体输送和水力条件的重要指标，包括河道流量和管道流量两大类。非接触式流量测量装置主要有基于速度-面积法的仪器和非侵入式管道流量计等，典型技术涵盖了雷达、超声波、以及电磁感应等原理。

雷达流速仪（明渠流量）

针对江河、渠道等明渠水流，非接触式雷达流量监测系统近年来发展迅速。

其工作原理通常是利用多普勒雷达测量水面流速，再配合水位推算过流断面面积，从而计算瞬时流量。

微波雷达天线架设在河道上方一定角度处，发射电磁波照射水面，利用多普勒频移获取水表面流动速度。由于水面对微波的反射取决于表层流速，雷达流速仪可连续监测水面速度场分布。

这种方法的显著优势是完全不接触水流，仪器可安装在桥梁、渠槽上方，无需在急流或洪水中埋设传感器。因此在山洪暴发等危险条件下，雷达流量计能够安全获取流量数据。

典型应用如山区河流洪水监测、中小河流无人测流站等。当用于定量计算流量时，一般需要结合水位测量和已知的断面形状，通过流量公式或校准曲线计算总流量。

超声波流量计（管道）

对于给排水管道，外夹式超声波流量计是最常见的非接触（非侵入）流量测量方案。此类仪表将超声波传感器夹持安装在管壁外侧，通过管壁向内部介质发送和接收声波信号，以测量流体流速。

根据原理不同，超声波流量计主要分为“时差法”和“多普勒法”两种，两类传感器皆可外敷于管道表面实现无创测量

外夹式超声波流量计无需截断管道或破管安装，是真正的“零侵入”测量，对现有管线毫无改动即可投入使用。这不仅避免了开挖、停水等施工，减少大量人力和停机时间，也消除了切割管道可能带来的安全风险。

除上述之外，还有一些非接触或无侵入式流量测量的新技术处于研究或试用阶段。例如，激光多普勒测速可用于明渠或明管中流速的非接触测量，实验室中已有用激光测速仪测量明渠流场的研究，但受限于对水质清澈度和颗粒散射的要求，现场应用不多。图像法测流利用高频摄影机拍摄水面波动影像，通过粒子图像 velocimetry (PIV) 算法计算表层流速，已在部分河流洪水流速监测中试验应用。基于微波通讯信号衰减的雨量反演方法，可利用城市移动通信基站之间的微波信号受雨滴衰减程度来估算路径平均降雨强度，从而推算小区域内径流流量等。

在明渠、大江大河的流量监测中，传统的人工流量测验往往困难且危险，引入非接触式雷达流量监测仪后，可实现洪水期的连续流量跟踪，为防汛调度提供及时数据。

在城市排水管网中，以超声波或电磁法为基础的仪表大量安装于干管、泵站出入口，实现对污水流量的自动计量和调配。

在给水管网DMA计量中，电磁流量计因其高精度和耐用性，几乎成为标配。而对于没有预留流量计位置的已建管道，外夹式超声流量计可以作为改造方案，无需停水开挖即可增加流量监测点。

在工业领域如化工、食品等的管道流量监控上，非接触/无侵入式流量计也有用武之地——例如一些无法安装插入式仪表的特种管道，就适合用超声波夹装流量计进行测量。

水质监测

遥感与成像监测

大范围水域的水质分布监测可以借助遥感技术实现非接触观测。

例如，卫星或无人机搭载多光谱成像仪，对江河湖库表面的水色进行扫描分析，可反演出水体的悬浮泥沙浓度、藻类叶绿素含量、溶解有机物分布等。这种方法利用水质参数对光谱的影响（如富营养化水体通常在红光波段有明显反射峰），通过建立经验模型来估算水质指标。

目前遥感水质监测已在大型湖泊（水华监控）、河口海湾（水体悬沙）等研究中有所应用。不过遥感易受天气和水面反射的影响，空间分辨率和时间分辨率也有限，更多是作为常规监测的补充手段。

一些地区开始建设水质监测物联网，将固定站点传感器与移动遥感相结合：固定站提供连续准确的数据，卫星/无人机遥感提供空间拓展，二者校验融合，可实现区域水质的全景式、非接触监测。这也是未来智慧水务的发展方向之一。