城市排水管網(wǎng)水質(zhì)流量監(jiān)測系統(tǒng)

設(shè)

計(jì)

方

案

上海XXXXXX有限公司

目錄

1概述................................................................4

1.1背景介紹..........................................................4

1.2建設(shè)內(nèi)容..........................................................7

1.3建設(shè)依據(jù)..........................................................7

2排水管網(wǎng)在線監(jiān)測的功能作用.........................................8

2.1排水管網(wǎng)在線監(jiān)測意義..............................................8

2.2常見問題解決過程..................................................8

2.2.1污水管道接進(jìn)入雨水管道.........................................8

2.2.2雨水管道接進(jìn)入污水管道.........................................9

2.2.1淤積堵塞.......................................................10

2.2.2偷排漏排.......................................................11

2.2.3內(nèi)涉&溢流預(yù)警乘警..............................................12

2.2.4排水管網(wǎng)日常運(yùn)維管理...........................................13

2.2.5水質(zhì)數(shù)據(jù)判斷管網(wǎng)問題...........................................13

3排水管網(wǎng)環(huán)境和監(jiān)測設(shè)備簡介........................................14

3.1排水管網(wǎng)環(huán)境介紹.................................................14

3.2監(jiān)測設(shè)備選型原則.................................................14

4排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)...........................................15

4.1排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)............................................15

4.2感知層構(gòu)成......................................................16

4.3網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成......................................................16

4.4監(jiān)測設(shè)備介紹.....................................................17

4.4.1流量監(jiān)測設(shè)備..................................................17

4.4.2水質(zhì)傳感器....................................................20

5排水管網(wǎng)流量監(jiān)測站系統(tǒng)設(shè)計(jì)........................................23

5.1排水水質(zhì)流量監(jiān)測站構(gòu)成..........................................23

5.2排水流量監(jiān)測站工作模式..........................................24

5.3主要功能........................................................25

5.4主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)................................................27

5.4.1排水流量計(jì)(HZ-SVR-122QP-X)...................................................................27

5.4.2雷達(dá)水位計(jì)(HZ-RLS-60I-50P)....................................................................28

1

5.4.3通訊供電單元（HZ-RTU-4G-BAT）...................................28

5.4.4水質(zhì)傳感器（根據(jù)需要選擇）....................................29

5.4.5安裝支架及輔材.................................................33

5.5安裝方式.........................................................33

5.5.1排水流量計(jì)的安裝...............................................33

5.5.2水質(zhì)傳感器的安裝..............................................34

5.6設(shè)備清單（根據(jù)需要增添）........................................3b

6排水管網(wǎng)排水水質(zhì)流量監(jiān)測站安裝....................................37

6.1流量監(jiān)測站安裝..................................................37

6.1.1監(jiān)測站點(diǎn)布設(shè)原則...............................................37

6.1.2安裝位置選擇原則...............................................37

6.1.3安裝示意圖.....................................................41

6.2水質(zhì)傳感器的安裝.................................................42

6.2.1安裝前知悉.....................................................42

6.2.2水質(zhì)傳感器安裝原則............................................42

6.2.3安裝配件選擇...................................................43

6.2.4現(xiàn)場安裝工具攜帶...............................................43

6.2.5安裝步驟.......................................................43

6.2.6安裝示意圖....................................................44

7傳感器口常維護(hù)與保養(yǎng)...............................................45

7.1水位流量傳感器E常維護(hù)..........................................45

7.2水質(zhì)傳感器日常維護(hù)...............................................45

7.2.1定期清洗......................................................45

7.2.2定期保養(yǎng)......................................................45

7.2.3定期校正：....................................................45

7.3水質(zhì)傳感器使用標(biāo)液..............................................46

7.3.1pH標(biāo)準(zhǔn)液配置.................................................46

7.3.2電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)液配置..............................................46

7.3.3濁度標(biāo)準(zhǔn)液配置................................................46

7.3.4COD標(biāo)準(zhǔn)液配置................................................47

7.3.5氨氮標(biāo)準(zhǔn)液配置................................................47

7.3.6氯離子標(biāo)準(zhǔn)液配置..............................................47

8智能運(yùn)維監(jiān)管平臺(tái)...................................................48

2

8.1平臺(tái)簡介........................................................48

8.2平臺(tái)優(yōu)勢.........................................................48

8.3綜合信息服務(wù).....................................................48

3

1概述

1.1背景介紹

“十三五”以來，全國排水管道建設(shè)和城鎮(zhèn)污水收集及處理能力實(shí)現(xiàn)了顯

著增長。截止2020年全國城市、縣城已經(jīng)建立污水處理廠4326余座，日處理

能力達(dá)到1.93億立方米，排水管道長度達(dá)到了80.3萬公里。但管網(wǎng)密度、污

水處理廠規(guī)模、生活污水集中收集率等核心指標(biāo)仍和發(fā)達(dá)國家有很大差距。

“卜三八”城市引冰管道長度（公里.）

圖1“十三五”期間排水管道長度變化趨勢圖

表1城市排水管道細(xì)分表（截至2019年）

2014-2019年中國城市排水管道長度

細(xì)分（公里.）

350000.0

300000.0

250000.0

200000.0

150000.0

100000.0

50000.0

0.0

■污水管道211157.3226239.0240423.4265513.2296929.9325211.5

?雨水管道192115.4205563.1227623.125湖1.7277465.3314994.3

■南河合流管道107905.8107764.9108570.0111148.7109089.5103776.2

4

目前雖然國家大力建設(shè)和改造雨污分流系統(tǒng)，旨在徹底解決城市排水問

題，但在實(shí)際中仍存在各種各樣的問題難以解決，比如雨污混接、偷排漏排、

管道堵塞淤積、管道溢流和導(dǎo)致的內(nèi)澇等問題，下圖對問題的原因進(jìn)行概括說

明。

雨

污水管道系統(tǒng)水

管

生活污水道

系

統(tǒng)

1II

污收集模塊

5雨水入讖

水

污

ft工業(yè)廢水匚＞［馥水

推

管

網(wǎng)

堵加處理負(fù)執(zhí)

雨

水

V管

［污水處理廠網(wǎng)

污水外排

/放

H

圖2現(xiàn)實(shí)中的雨污管道使用情況（分流制）

5

污水直排河道水體雨水接入污水管道導(dǎo)致溢流

污水接入雨水管道，直排河流

圖3排水管道遇到的現(xiàn)實(shí)問題

城市排水管網(wǎng)承擔(dān)著城市防汛排澇、污水收集和輸送的任務(wù)，是重要的城

市基礎(chǔ)設(shè)施之一，它關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展和人民生活的安定,在保障城市發(fā)

展和安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。

利用現(xiàn)代信息技術(shù)和監(jiān)測手段，建設(shè)智慧城市，是當(dāng)今世界城市發(fā)展的趨

勢，更是生態(tài)文明建設(shè)的重要類容。隨著河長制、治水提升、海綿城市建設(shè)等

新策略先后實(shí)施，水務(wù)管理的精細(xì)化、業(yè)務(wù)協(xié)通叱的能力得到不斷提升。同

時(shí)，新時(shí)代的發(fā)展對水務(wù)的智慧化也提出了更高的要求。因此，對城市雨污排

水系統(tǒng)不僅要建設(shè)好，而且要采取有效的監(jiān)測手段，保護(hù)城區(qū)的生態(tài)環(huán)境顯得

尤為重要。

通過排水管網(wǎng)的GIS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)分6信息的查詢，通過排水管網(wǎng)

SCADA系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測和采集，而智慧排水信息系統(tǒng)可以

與排水GIS系統(tǒng)、排水SCADA系統(tǒng)、排水泵站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、城市河道管理系

統(tǒng)等共享數(shù)據(jù)信息，并處理分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估、預(yù)

測，進(jìn)而完成對排水管網(wǎng)科學(xué)有效的調(diào)度管理。

6

L2建設(shè)內(nèi)容

本項(xiàng)目旨在排水管網(wǎng)中建設(shè)流量和水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，重點(diǎn)監(jiān)測城市排水管道

內(nèi)污水和雨水的流速、流向、水位、流量、電導(dǎo)率、pH、COD、氨氮等信息，并

通過無線通訊方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到綜合管理平臺(tái)，在平臺(tái)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分

析評(píng)估以及展示。

1.3建設(shè)依據(jù)

1.《關(guān)于加強(qiáng)城.市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》-國辦發(fā)(2014)27

號(hào)。

2.《關(guān)于做好城.市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》-國辦發(fā)(2013)23

號(hào)。

3.《城鎮(zhèn)排水與污水處理?xiàng)l例》-第641號(hào)。

4.《城鎮(zhèn)污水排入排水管網(wǎng)許可管理辦法》-住建部令第21號(hào)。

5.《關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》-國發(fā)(2013)36號(hào)。

6.《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50014-2006(2014年版)。

7.《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》GB50318-207。

8.《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》GB50788-2012o

9.《城市排水防澇設(shè)施數(shù)據(jù)采集與維護(hù)技術(shù)規(guī)范》GBT51187-2016o

10.《城市水系規(guī)劃規(guī)范》GB50513-2009。

11.《污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》HJ91.1-2019。

12.《電導(dǎo)率水質(zhì)自動(dòng)分析儀技術(shù)要求》HJ/T97-2003o

13.《水質(zhì)pH值的測定玻璃電極法》GB/T6920-1986。

14.《化學(xué)需氧量(CODCr)水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測儀技術(shù)要求及檢測方法》HJ

377-2019。

15.《氨氮水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測儀技術(shù)要求及檢測方法》HJ101-2019o

在上述國家政策和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，優(yōu)先采用中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)

準(zhǔn)，若有國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺項(xiàng)或不完善時(shí)，可選用相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國家政

策和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)按最新頒布的執(zhí)行。

7

2排水管網(wǎng)在線監(jiān)測的功能作用

2.1排水管網(wǎng)在線監(jiān)測意義

在排水管網(wǎng)中雨污管道混接、管道淤積堵塞、偷排漏排、溢流和內(nèi)澇等現(xiàn)

象時(shí)有發(fā)生，由于排水管網(wǎng)深埋于地下，具有很強(qiáng)的隱蔽性，人員在地面之上

很難通過觀察發(fā)現(xiàn)和判斷排水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，又由于排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和環(huán)境比

較復(fù)雜和惡劣，具有空間狹小，水流較快、含有有毒氣體、惡臭等特點(diǎn)，人員

下井進(jìn)行排查十分困難和危險(xiǎn)。同時(shí)如果使用CCTV、人工等下井排查方式，會(huì)

出現(xiàn)效率比較低且費(fèi)用高昂，無法經(jīng)常使用該種方式進(jìn)行解決問題，而且無法

及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

排水管網(wǎng)在線監(jiān)測可以通過實(shí)時(shí)在線的方式不間斷的對排水管網(wǎng)中的水

位、流速、流量、水質(zhì)等基本排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。同時(shí)可以結(jié)合排水管網(wǎng)

GIS系統(tǒng)、排水泵站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、城市河道管理系統(tǒng)等不同模塊系統(tǒng)中的數(shù)

據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，可以實(shí)現(xiàn)對排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估和

預(yù)測，進(jìn)而完成對排水管網(wǎng)科學(xué)有效的調(diào)度管理，提高管理水平。有助于建設(shè)

和完善現(xiàn)代化、智能化、信息化的排水系統(tǒng)，對建立智慧城市、智慧水務(wù)、智

慧排水具有十分重要的意義。

在排水管網(wǎng)中常見的問題：雨污管道混接、管道淤積堵塞、偷排漏排、溢

流和內(nèi)澇等現(xiàn)象，均可通過在線監(jiān)測快速找到原因、事故地點(diǎn)和發(fā)生時(shí)間。可

以幫助客戶快速發(fā)現(xiàn)問題和定位到事故地點(diǎn)，減少事故損失，提高解決問題的

效率，同時(shí)也減少了人員排查的難度以及高昂的費(fèi)用，也保隙了人員生命安

全。

2.2常見問題解決過程

2.2.1污水管道接進(jìn)入雨水管道

1.理想狀態(tài)：在非降雨時(shí)段，雨水管道沒有水流動(dòng)，即無流速和流量。

2.監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：

8

>在非降雨時(shí)段，監(jiān)測點(diǎn)處流量、流速、液位均波動(dòng)較大，且高峰期

發(fā)生在每天的8:00前后與20:00點(diǎn)前后，波動(dòng)曲線形狀與居民生活排

水高度吻合。在降雨時(shí)，流量等參數(shù)突增，并在降雨后均迅速回歸降雨

前水平。

>在降雨階段，液位并沒有顯著高于平時(shí)液位，雨水流量的波動(dòng)乜并

沒有比平時(shí)高出太多。

3.判斷結(jié)論：該點(diǎn)位有大量污水接入。同時(shí)從波動(dòng)規(guī)律來看，污水的峰值

出現(xiàn)在每日的早8點(diǎn)和晚8點(diǎn)前后，極有可能來源為生活污水。同時(shí)，由

于污水波動(dòng)性保留了居民生活用水排水的規(guī)律性，因此，該生活污水僅來

自一個(gè)區(qū)域，或者若生活污水來自多個(gè)區(qū)域則這些區(qū)域距離本監(jiān)測點(diǎn)位的

距離差不多，否則會(huì)出現(xiàn)波形疊加導(dǎo)致波動(dòng)的規(guī)律發(fā)生改變。

4.解決措施：在線監(jiān)測有助于縮小排查區(qū)域，有助于人工快速查找錯(cuò)接混

接的源頭，從而在源頭上解決雨污混接的問題。

圖5污水管道接進(jìn)入雨水管道源頭?現(xiàn)場

2.2.2雨水管道接進(jìn)入污水管道

S-18.20115-21-20115-24-20115-27-2OH5-3O-2OH6-2-2OH6-5-20116-8-201164L20116-14.20116-17-20116-20.20116-23-20H

2

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圖6污水管道長期監(jiān)測數(shù)據(jù)

1.理想狀態(tài)：雨污分流的管道，在非降雨時(shí)段，污水管道尤其是生活污水管

9

道的運(yùn)行狀態(tài)呈現(xiàn)規(guī)律性變化。在降雨時(shí)段，污水管道內(nèi)的流速、流量、

液位雖然會(huì)上升，但不會(huì)劇烈變化，尤其是快速變大。

2.監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：在非降雨時(shí)段，污水管網(wǎng)內(nèi)的污水基本呈現(xiàn)規(guī)律性的變

化，但在降雨期間，污水管道內(nèi)的流速、流量和液位快速變大。

3.判斷結(jié)論：通過監(jiān)測數(shù)據(jù)基本說明附近區(qū)域的污水管道有雨水管道接

入。

4.解決措施：在線監(jiān)測有助于縮小排查區(qū)域，有助于人L快速查找錯(cuò)接混

接的源頭，從而在源頭上解決雨污混接的問題。

圖7雨水管道接進(jìn)入污水管道源頭-現(xiàn)場

1.理想狀態(tài)：排水管網(wǎng)內(nèi)部的水暢通無阻，正常流動(dòng)U

2.監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：在非降雨時(shí)段，排水管網(wǎng)內(nèi)的水位長期保持一定水位，

并小幅波動(dòng)，并伴有一定的流量。在降雨時(shí)段，水流快速增大（流速、流

量、水位快速增大），降雨過后，水位卻比原先明顯降低了很多。但是過

了一段時(shí)間之后，水位又恢復(fù)原先狀態(tài)。

3.判斷結(jié)論：這說明該排水管道不論是雨水管道還是污水管道下游有淤積

堵塞情況發(fā)生。如果是雨水管網(wǎng)，說明有污水管道接入雨水管道了。

10

4.解決措施：在該管道下游進(jìn)行巡查，快速查找淤積堵塞部位，通過人工

和機(jī)械進(jìn)行清淤和維護(hù)工作，使管道恢復(fù)正常。另外通過工程措施將錯(cuò)接

的污水管道進(jìn)行改道，保證雨水管道的正常運(yùn)行。

圖9淤積堵塞和解決現(xiàn)場

2.2.2偷排漏排

圖10偷排漏排監(jiān)測數(shù)據(jù)

1.理想狀態(tài)：在非降雨時(shí)段，雨水管道沒有水流動(dòng)，即無流速和流量。

2.監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：在非降雨時(shí)段，流速、流量都正常為0,但是夜間經(jīng)常

性的出現(xiàn)明顯的流水現(xiàn)象，而且持續(xù)一小段時(shí)間之后便恢復(fù)正常。

3.判斷結(jié)論：說明附近的企業(yè)或是商戶存在偷排漏排的行為，將工業(yè)廢水

水或生活污水偷排至雨水管道內(nèi)。

4.解決措施：通過在線監(jiān)測所能判斷的大致區(qū)域范闈內(nèi)，可在偷排漏排的

時(shí)間段進(jìn)行管網(wǎng)排查，快速鎖定偷排漏排的企業(yè)或商戶，依法對其進(jìn)行處

罰0

11

圖11偷排漏排現(xiàn)場

2.2.3內(nèi)澇&溢流預(yù)警報(bào)警

溢流提示

微信推送

WEB端提醒

公眾推送

根

據(jù)

管

理

需

求

自

行

定

報(bào)警提示義

微信推送

WEB端報(bào)警

短信通知

微信推送■根據(jù)管理需求和現(xiàn)場實(shí)際情況，可定義預(yù)警、報(bào)警、溢流等閾值，對溢流、

WEB端預(yù)警內(nèi)澇等時(shí)間進(jìn)行全過程監(jiān)控和動(dòng)態(tài)預(yù)警預(yù)報(bào)，提前感知風(fēng)險(xiǎn)輔助應(yīng)急處置,

提高應(yīng)急管理能力。

圖12內(nèi)澇&溢流監(jiān)測原理

圖13溢流和抽排現(xiàn)場

12

2.2.4排水管網(wǎng)日常運(yùn)維管理

9

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圖14排水管網(wǎng)日常監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)可以對管網(wǎng)運(yùn)行情

況進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，分析整體運(yùn)行負(fù)荷和管理風(fēng)險(xiǎn)。建立健全信息化系統(tǒng)、科學(xué)

管理方式，提高城市管理水平。

2.2.5水質(zhì)數(shù)據(jù)判斷管網(wǎng)問題

1)根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握排水管網(wǎng)水質(zhì)變化狀態(tài)，可根據(jù)數(shù)據(jù)

變化分析管網(wǎng)異常情況。

2)在污水管道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布設(shè)水質(zhì)傳感器，當(dāng)發(fā)生水質(zhì)測量數(shù)據(jù)突然變

大，可迅速定位點(diǎn)位，執(zhí)法部門可根據(jù)水質(zhì)變化點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)排查，從而

找到偷排漏排企業(yè)。

3)在污水管道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布設(shè)水質(zhì)傳感器，當(dāng)水質(zhì)測量數(shù)據(jù)突然變個(gè)，

可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)變化規(guī)律分析判定該段管道有異水入侵。

4)水質(zhì)傳感器測量數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研判，可以更有效、更精

準(zhǔn)的判斷當(dāng)前點(diǎn)位是否出現(xiàn)雨污混接、偷排漏排等情況。

13

3排水管網(wǎng)環(huán)境和監(jiān)測設(shè)備簡介

3.1排水管網(wǎng)環(huán)境介紹

排水管網(wǎng)具有以下兩個(gè)典型特點(diǎn)：

1）水質(zhì)差：目前國內(nèi)的排水管網(wǎng)主要分為污水管網(wǎng)、雨水管網(wǎng)、雨污合流

制管網(wǎng)三類。污水管網(wǎng)和合流制管網(wǎng)中有大量生活污水，水中淤泥和垃圾較

多，水質(zhì)差；雨水管網(wǎng)主要運(yùn)輸雨水，水質(zhì)相較于污水管網(wǎng)稍好，但是由于初

雨的影響，水質(zhì)依然較差。

2）管網(wǎng)充滿度變叱較大：污水管網(wǎng)按照設(shè)計(jì)要求，正常運(yùn)行充滿度不高于

50%,超過75%充滿度為非健康運(yùn)行狀態(tài)，但是由于國內(nèi)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)較低，城鎮(zhèn)化

進(jìn)程塊，很多管網(wǎng)經(jīng)常出過飽和甚至滿管運(yùn)行的情況；雨水管網(wǎng)，平時(shí)充滿度

較低，降雨期間，充滿度迅速增大，也經(jīng)常出現(xiàn)滿管的情況。

具備上述兩個(gè)典型特點(diǎn)同時(shí)，地下排水管網(wǎng)水環(huán)境具有潮濕、滿管溢流、

腐蝕、水流速度較快、渾濁且有油污、管道內(nèi)氣體有毒、管道內(nèi)氣體易燃易爆

等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)會(huì)給下井作業(yè)人員造成生命威脅，需要專業(yè)的作業(yè)人員下井

進(jìn)行操作。同時(shí)窖井和窖井下方管道空間比較狹小、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、不同節(jié)點(diǎn)

的管道空間結(jié)構(gòu)都不盡相同，給現(xiàn)場設(shè)備的安裝和維護(hù)造成很大困擾。由此可

見地下排水管網(wǎng)水環(huán)境十分惡劣和復(fù)雜。

3.2監(jiān)測設(shè)備選型原則

由于排水管網(wǎng)的特點(diǎn)，所以在管網(wǎng)中使用的水質(zhì)、水位、流量設(shè)備，應(yīng)該

具有少維護(hù)的特性，因此水位、流量監(jiān)測非接觸測量的方式是最優(yōu)選擇。同

時(shí)，由于管網(wǎng)充滿度經(jīng)常變化，所以監(jiān)測設(shè)備需要滿足不同管網(wǎng)充滿度均可進(jìn)

行測量的要求。

傳感器選型原則如下：

>傳感器滿足管網(wǎng)處于不同充滿度下都可測量

>傳感器須具有防腐蝕性能。

>傳感器須具有防護(hù)等級(jí)為IP68o

>水位流量傳感器須具有防爆認(rèn)證。

>傳感器低功耗。

>傳感器可使用電池供電工作。

>傳感器可與無線傳輸設(shè)備通信，實(shí)現(xiàn)無線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。

>傳感器易7安裝、維護(hù)方便。

>傳感器可在排水管網(wǎng)惡劣和復(fù)雜的條件下穩(wěn)定可靠工作

14

4排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

4.1排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層等組成。軟硬

件有機(jī)組合成功能齊全、功能強(qiáng)大、系統(tǒng)穩(wěn)定的排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。

污染排放源泵站及污水處理廠

管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理地圖管理移動(dòng)APP

監(jiān)測預(yù)瞥應(yīng)急調(diào)控

數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理預(yù)警預(yù)報(bào)分級(jí)預(yù)警響應(yīng)管道分布圖實(shí)時(shí)查看

數(shù)據(jù)可視化歷史數(shù)據(jù)杳詢調(diào)控效果評(píng)估設(shè)備定位預(yù)警預(yù)報(bào)

數(shù)據(jù)發(fā)布應(yīng)用污染影響評(píng)估遠(yuǎn)程調(diào)度調(diào)度指揮

遠(yuǎn)程控制

數(shù)據(jù)采集及終端管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通訊及采集數(shù)據(jù)杳詢及展示統(tǒng)計(jì)分析及曲線警情評(píng)估及通知設(shè)備直詢及管理

數(shù)據(jù)庫、GIS系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型等基礎(chǔ)軟件，服務(wù)器、工作站、大屏幕等硬件支撐

常

用

傳

感

器

宙達(dá)水位計(jì)井蓋傾斜傳感器水質(zhì)傳感器有害氣體傳感器

圖15排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

感知層主要由流量計(jì)、雷達(dá)水位計(jì)、井蓋傾斜傳感器、水質(zhì)傳感器、有害

氣體傳感器等不同類型傳感器構(gòu)成，該層主要提供最新實(shí)時(shí)、穩(wěn)定可靠的現(xiàn)場

監(jiān)測數(shù)據(jù)，為后續(xù)的管理應(yīng)用平臺(tái)提供有效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。

網(wǎng)絡(luò)層主要是有線和無線相結(jié)合的方式進(jìn)行芍輸監(jiān)測數(shù)據(jù)和管理應(yīng)用功能

實(shí)現(xiàn)傳輸表達(dá)。系統(tǒng)通信組網(wǎng)常采用2G/4G/NB-10T、Internet等混合組網(wǎng)方

式。

應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)可視化、統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)備查詢及

管理、預(yù)警預(yù)報(bào)、報(bào)警及診斷服務(wù)、管道分布查詢、設(shè)備分布、遠(yuǎn)程調(diào)度、移

動(dòng)端的實(shí)時(shí)查看、移動(dòng)端的預(yù)警預(yù)報(bào)和遠(yuǎn)程指揮控制等日常管理等功能的平

臺(tái)。應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的主要手段方式。

15

4.2感知層構(gòu)成

感知層是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的一層，該層主要提供最新實(shí)時(shí)、穩(wěn)定可靠的

現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，為后續(xù)的管理應(yīng)用平臺(tái)提供有效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。排水管網(wǎng)監(jiān)測

系統(tǒng)中最底層、也是最重要的組成部分。該層主要由一些常見的排水流量計(jì)、

水位計(jì)、雨量計(jì)、水質(zhì)監(jiān)測方面等傳感器構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效采

集。

下圖是排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中感知層的具體實(shí)現(xiàn)方式之一，主要實(shí)現(xiàn)流速、

流量、水位等重要基本參數(shù)的有效監(jiān)測。其他水質(zhì)、氣體監(jiān)測方面的參數(shù)實(shí)現(xiàn)

方式與下圖的實(shí)現(xiàn)方式基本相同，只是傳感器不同，整體實(shí)現(xiàn)方式并無不同。

圖16流量監(jiān)測站構(gòu)成圖

水質(zhì)流量監(jiān)測系統(tǒng)主要由排水水質(zhì)流量監(jiān)測站、通訊組網(wǎng)、和管理中心組

成。是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)流量監(jiān)測的基本硬件組成部分，也是感知層實(shí)例之一。

4.3網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層常采用2G/4G/NB-IoT、Internet等混合組網(wǎng)方式，通信組網(wǎng)結(jié)

構(gòu)如下圖所示。

16

圖17通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

排水水質(zhì)流量監(jiān)測站主機(jī)常采用2G/4G/NB-IoT等通信方式，與管理中心站

進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

管理中心站通過Internet專線與上級(jí)管理部門通信，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)監(jiān)測信息共

享。

顯示平臺(tái)主要通過PC終端、平板電腦、大屏幕、無線終端等方式展現(xiàn)監(jiān)測

數(shù)據(jù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化，有助于數(shù)據(jù)的分析和管理，同時(shí)還可以使用這些方式

進(jìn)行管理操作。

4.4監(jiān)測設(shè)備介紹

4.4.1流量監(jiān)測設(shè)備

目前市場上，排水管網(wǎng)監(jiān)測流量的設(shè)備按照測量方式可分為接觸式測量和

非接觸式測量兩種方式。

排水管網(wǎng)監(jiān)測水質(zhì)的設(shè)備有電導(dǎo)率傳感器、pH傳感器、COD傳感器、氨氮

傳感器。

17

排水管網(wǎng)環(huán)境中流量接觸式測量方式中常見的監(jiān)測設(shè)備主要是多普勒超聲

波流量計(jì)，非接觸式測量方式主要是雷達(dá)流量計(jì)。

4.4.1.1多普勒超聲波流量計(jì)（接觸式）

超聲波多普勒流量計(jì)是應(yīng)用聲學(xué)多普勒原理，采用超聲波換能器，用超聲

波測量水體流速，進(jìn)而根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出流量。

優(yōu)勢：測量精度高，量程寬；流體適應(yīng)性較強(qiáng)，適合中小管路；可測滿管

與非滿管。

缺陷：由于該種設(shè)備需要放入水體中進(jìn)行監(jiān)測的，但排水管道空間狹窄且

井下環(huán)境具有有毒氣體且下井安裝十分危險(xiǎn)，所以安裝在排水管道中十分困

難。另外排水管網(wǎng)水環(huán)境中有淤泥、油污、漂浮物等情況，淤泥、油污和漂浮

物會(huì)將傳感器探頭覆蓋，導(dǎo)致該種設(shè)備無法正常工作，從而無法得到有效監(jiān)測

數(shù)據(jù)。所以此類產(chǎn)品不適合在排水管網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行使用。

圖18多普勒超聲波流量計(jì)示意圖

4.4.L2雷達(dá)流量計(jì)（非接觸式）

雷達(dá)流量計(jì)是一種非接觸式的流量監(jiān)測產(chǎn)品，由雷達(dá)流速儀和水位計(jì)模塊

組成。

雷達(dá)流速儀采用多普勒效應(yīng)原理測流體表面流速。水位計(jì)模塊通過測量發(fā)

送信號(hào)和接收信號(hào)之間的時(shí)間差來計(jì)算液位高度。

通過預(yù)先設(shè)定的管道斷面參數(shù)，根據(jù)雷達(dá)流量計(jì)內(nèi)置的水力模型，采用流

速面積法公式，求得流量。

優(yōu)勢：量程范圍寬：低功耗：體積小巧不影響監(jiān)測：產(chǎn)品耐腐蝕：安裝維

護(hù)簡單方便；無需與水體接觸，不受水環(huán)境影響，不受水體雜物覆蓋、腐蝕等

影響，對于環(huán)境惡劣的管網(wǎng)監(jiān)測該產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢；水體流態(tài)穩(wěn)定的斷面

即可安裝；后期無需經(jīng)常性維護(hù)。

缺陷：管網(wǎng)滿管、高水位等異常狀態(tài)下的流量數(shù)據(jù)監(jiān)測，可以對后期管網(wǎng)

運(yùn)維、改造提供數(shù)據(jù)支撐。滿管狀態(tài)下，設(shè)備淹沒在水中，雷達(dá)波發(fā)射不出

去，無法正常監(jiān)測，提供重要的流量數(shù)據(jù)。

18

圖19雷達(dá)流量計(jì)示意圖

4.4.1.3組合型流量計(jì)（接觸+非接觸式）

組合型流量計(jì)是一種采用接觸式+非接觸式兩種工作模式的新型流量監(jiān)測產(chǎn)

品，由雷達(dá)測流模塊、超聲波測流模塊、水位測量模塊等組成。

流速采用雷達(dá)、超聲波多普勒效應(yīng)原理。針對水位，采用雷達(dá)測量方式，

監(jiān)測管道內(nèi)水位信息。

通過預(yù)先設(shè)定的管道斷面參數(shù)，根據(jù)流量計(jì)內(nèi)置的水力模型，采用流速面

積法公式，求得流量。

優(yōu)勢：量程范圍寬；低功耗；體積小巧不影響監(jiān)測；產(chǎn)品耐腐蝕；安裝維

護(hù)簡單方便；在管網(wǎng)淺流、非滿管時(shí)，采用雷達(dá)非接觸測量的方式，減少維護(hù)

量；在管網(wǎng)過飽和、滿管狀態(tài)時(shí)，切換接觸式測量方式，保證測量數(shù)據(jù)的連續(xù)

性；水體流態(tài)穩(wěn)定的斷面即可安裝；后期無需經(jīng)常性維護(hù)。

圖20組合型流量計(jì)

由于排水管道內(nèi)含有大量的淤泥、油污和垃圾等漂浮物，使得多普勒超聲

波流量計(jì)被淤泥和油污覆蓋和被垃圾纏繞等頻繁出現(xiàn)，這些問題導(dǎo)致多普勒超

聲波流量計(jì)需要頻繁的維護(hù)和保養(yǎng)，導(dǎo)致人力成本和維護(hù)成本居高不下，同時(shí)

也無法起到很好的在線監(jiān)測作用。而雷達(dá)流量計(jì)，不能“滿管測量”這個(gè)硬

傷，與現(xiàn)階段國內(nèi)管網(wǎng)全周期流量監(jiān)測需求相矛盾。

19

非滿管用雷達(dá)，滿管用超聲波這種組合型的流量監(jiān)測產(chǎn)品，解決了滿管不

能測量的問題。同時(shí)設(shè)備頂部安裝，產(chǎn)品的維護(hù)工作也會(huì)大大減少。針對管網(wǎng)

這一特殊場景下，是最優(yōu)的選擇。

圖21超聲波流量計(jì)被淤泥和油污覆蓋

圖22雷達(dá)流量計(jì)淹沒無法工作

4.4.2水質(zhì)傳感器

城市排水管網(wǎng)雨污水中普遍含有有機(jī)污染物、氮、酸性物質(zhì)、堿性等物

質(zhì)，通過監(jiān)測雨污水中的電導(dǎo)率、pH、COD、氨氮可以有效迅速的監(jiān)控排水管網(wǎng)

中是否有雨污混接、偷排漏排的情況。

20

圖水質(zhì)傳感器

4.4.2.1電導(dǎo)率傳感器

電導(dǎo)率傳感器的測量原埋是將兩塊平行的極板，放到被測溶液中，在極板

的兩端加上一定的電勢(通常為正弦波電壓)，然后測量極板間流過的電流。根

據(jù)歐姆定律，電導(dǎo)率⑹一電阻(R)的倒數(shù)，由導(dǎo)體本身決定的。

4.4.2.2pH傳感器

PH傳感器是根據(jù)測量電極與參比電極組成的工作電極電池在溶液中測得的

電位差，并利用待測溶液的PH值與工作電池的電勢大小之間的線性關(guān)系，再通

過電流計(jì)轉(zhuǎn)換成PH單位數(shù)值來實(shí)現(xiàn)測定。

4.4.2.3濁度傳感器

濁度水質(zhì)傳感器是傳感器光源組件向樣品發(fā)射光源，該光束經(jīng)過樣品中懸

浮顆粒的散射后，位于與入射光成90°的散射光通過光源檢測器，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換

及一系列的信號(hào)處理和軟件計(jì)算得到樣品的濁度。

4.4.2.4COD傳感器

COD傳感器是基于許多溶解于水中的有機(jī)物對紫外光具有吸收作用原理。

因此通過測量這些有機(jī)物對254nm波長紫外光的吸收程度，可以準(zhǔn)確測量水中

有機(jī)污染物的含量。在線COD采用兩路光源，一路紫外光測量水中C