城市排水管網(wǎng)流量、水位監(jiān)測系統(tǒng)
來源：admin 瀏覽量： 發(fā)布時間：2023-08-11 15:34:35
1 概述
1.1 背景介紹
我國自十五大（1997 年）以來，全國排水管道建設和城鎮(zhèn)污水收集及處理 能力實現(xiàn)了顯著增長。截止 2018 年全國城市、縣城已經(jīng)建立污水處理廠 2300 余座，日處理能力達到 1.97 億立方米，排水管道長度達到了 68.3 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仍和發(fā)達國家有 很大差距。
圖 1 截至 2018 年排水管道總長度和污水處理廠總量
表 1 排水管道和污水處理對比表
目前雖然國家大力建設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、管道溢流和導致的內(nèi)澇等問題，下圖對問題的原因進行概括說明。
圖 2 現(xiàn)實中的雨污管道使用情況（分流制）
圖 3 排水管道遇到的現(xiàn)實問題
城市排水管網(wǎng)承擔著城市防汛排澇、污水收集和輸送的任務，是重要的城 市基礎(chǔ)設施之一，它關(guān)系到社會經(jīng)濟穩(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，建設智慧城市，是當今世界城市發(fā)展的趨 勢，更是生態(tài)文明建設的重要內(nèi)容。隨著河長制、治水提升、海綿城市建設等 新策略先后實施，水務管理的精細化、業(yè)務協(xié)通化的能力得到不斷提升。同時，新時代的發(fā)展對水務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)不僅要建設好，而且要采取有效的監(jiān)測手段，保護城區(qū)的生態(tài)環(huán)境顯得尤為重要。 通過排水管網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對管網(wǎng)分布信息的查詢，通過排水管網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(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)可以與排水系統(tǒng)、 排水泵站自動監(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)，實現(xiàn)對排水管網(wǎng)運行狀態(tài)的評估、預測，進而完成對排水管網(wǎng)科學有效的調(diào)度管理。
1.2 建設內(nèi)容
本項目旨在排水管網(wǎng)中建設非接觸式雷達流量監(jiān)測系統(tǒng)，重點監(jiān)測城市排 水管道內(nèi)污水和雨水的流速、流向、水位及流量等信息，并通過無線通訊方式 將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時發(fā)送到綜合管理平臺，在平臺中進行數(shù)據(jù)分析評估以及展示。
1.3 建設依據(jù)
1. 《關(guān)于加強城市地下管線建設管理的指導意見》-國辦發(fā)〔2014〕27 號。
2. 《關(guān)于做好城市排水防澇設施建設工作的通知 》-國辦發(fā)〔2013〕23 號。
3. 《城鎮(zhèn)排水與污水處理條例》-第 641 號。
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。
5. 《關(guān)于加強城市基礎(chǔ)設施建設的意見》-國發(fā)〔2013〕36 號。
6. 《室外排水設計規(guī)范》GB 50014-2006(2014 年版)。
7. 《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》GB 50318-2017。
8. 《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》GB 50788-2012。
9. 《城市排水防澇設施數(shù)據(jù)采集與維護技術(shù)規(guī)范》GBT 51187-2016。
10. 《城市水系規(guī)劃規(guī)范》GB 50513-2009。
在上述國家政策和標準規(guī)范中，優(yōu)先采用中華人民共和國標準及排水行業(yè) 標準，若有國內(nèi)標準規(guī)范缺項或不完善時，可選用相應的國際標準規(guī)范，國家 政策和標準規(guī)范應按最新頒布的執(zhí)行。
2 管網(wǎng)雷達水位監(jiān)測站系統(tǒng)設計
2.1 結(jié)構(gòu)組成
雷達水位監(jiān)測站結(jié)構(gòu)組成如下圖所示。
鋰電池供電箱 + 雷達水位計及安裝支架
圖 4 雷達水位監(jiān)測站組成示意圖
雷達水位監(jiān)測站主要由帶有控制、通訊和供電功能的鋰電池供電系統(tǒng)（含 RTU）、雷達水位計和安裝支架組成。
2.2 主要功能特點
雷達水位監(jiān)測站所采用的雷達水位計的波束角僅有 8°，可以明顯有效減 少井壁和井內(nèi)金屬腳踏等所造成多徑干擾，可有效監(jiān)測 7m 范圍內(nèi)的窨井水位。 除了監(jiān)測水位的基本功能外，同時還具有控制、傳輸、儲存、報警等功能。
? 量程：7m
? 精度范圍：±3mm
? 低功耗，6-24V寬電壓供電
? 測量中無需人工介入，可長期無人值守，自動測量
? 結(jié)構(gòu)簡單、讀數(shù)便捷、安裝維護方便、攜帶方便、無機械磨損、壽命長
? 帶溫度補償功能，可在溫差較大的環(huán)境下使用，精度高，適應性強
? 非接觸式連續(xù)測量，不受水體污染，不破壞水流結(jié)構(gòu)，精度高，適應性強
? 通信功能：支持GPRS,3G,4G，短消息，衛(wèi)星，433，以太網(wǎng)等多種通信方式。
? 工作模式：支持實時在線以及定時喚醒等工作方式。
? 采集功能：水位，雨量，溫濕度，水文，流速，流量，風速風向，閘位， 電池電壓等數(shù)據(jù)，其它傳感可定制。
? 遠程管理功能：支持遠程配置，遠程升級，遠程重啟等遠程維護功能。
? 存儲功能：自帶flash存儲以及TF卡，可永久存儲歷史數(shù)據(jù)，掉電不丟失。
? 本地配置：本地支持USB以及WIFI配置，數(shù)據(jù)查詢，歷史數(shù)據(jù)導出。
? 支持多3個中心，可實現(xiàn)“一包多投”功能 ? 支持最高256GB容量TF卡，可作為海量數(shù)據(jù)存儲器使用。
? 支持主備信道切換，以及GPRS短信同時上報（短信內(nèi)容格式可定制）。
2.3 安裝方式
雷達水位計通過易拆卸的安裝支架安裝在檢查井的中間位置且位于井蓋正 下方即可，同時需要保證雷達水位計水平安裝。如下圖所示，此種安裝方式易于 RTU 的通訊和后期維護時更換電池。安裝支架采用不銹鋼材質(zhì)，采用模塊化設計。
圖 5 窨井安裝示意圖
圖 6 安裝現(xiàn)場
2.4設備清單
表2雷達水位監(jiān)測站設備清單（單站）
| 序號 | 設備名稱 | 型號規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
| 1 | 雷達水位計 | DX-WLX-2 | 個 | 1 | 性能可靠，運行穩(wěn)定 |
| 2 | 安裝支架及輔材 | L型不銹鋼支架 | 個 | 1 | 采用撐桿方式，安裝拆 卸便捷 |
| 3 | 鋰電池供電系統(tǒng) | DX-LD-2 | 套 | 1 | 含RTU和電池 |
2.5設備技術(shù)參數(shù)
雷達水位計（DX-WLX-2）
水深：
測量范圍：7
精度：±3mm
? 天線發(fā)射角度（水平和垂直) ：8°
? 電源：DC6V-24V 典型值 12V
? 平均功耗：≤30mW
? 信號接口：RS485（Modbus）
? 防護等級：IP68
? 工作溫度：-35~80℃（不結(jié)冰）
? 存儲溫度：-35℃-70℃
? 外殼材質(zhì)：鋁合金
? 安裝方式：螺紋
? 外形尺寸：直徑：68mm 高：90mm
鋰電池供電系統(tǒng)(DX-LD-2)
? 數(shù)據(jù)接口：3 路開關(guān)量輸入接口、2 路 4-20mA 模擬量輸入接口、 2 路 RS485 接口、2 路電源輸出接口、1 路繼電器輸出接口
? 無線通信模塊：支持 GPRS,3G,4G，短消息，衛(wèi)星，433，以太 網(wǎng)等多種通信方式；支持向三路以上地址發(fā)送含不同登錄信息的數(shù)據(jù)功 能
? 處理器：32 位工業(yè)級
? 內(nèi)存：16M，支持最大 256G TF 卡。
? 指示燈：網(wǎng)絡指示燈、WiFi 開關(guān)指示燈、運行指示燈、報警指 示燈
? 按鍵：電源按鍵、WiFi 按鍵 ? 工作溫度：-30—65°C
? 儲存溫度：-30—65°C
? 工作濕度：0-95% RH
? 外殼材質(zhì)：ABS
DX-WLX-2 雷達水位計使用聲波反射原理測量水位，適用于水庫、管道、閘 道、 渠道、河道、及各種水工建筑物處水位測量。可用作水位數(shù)據(jù)采集和水文 自動測報系統(tǒng)傳感器?？膳浜?DX-RTU-1 遙測終端機使用，遠程監(jiān)測。DX-WLX-2 雷達水位計與同類產(chǎn)品相比，具有性能可靠、運行穩(wěn)定、適用范圍廣等點， 即 使在偏遠山區(qū)，或者氣候惡劣的條件下也能實現(xiàn)全天候工作。測量穩(wěn)定可靠， 不受風速、溫度、蒸 汽等條件影響。非接觸式連續(xù)測量，不受水體污染 ，不 破壞水流結(jié)構(gòu)，精度高，適應性強。 灌區(qū)明渠水位監(jiān)測，城市供水，排污 水 位監(jiān)測，管道(井)水位監(jiān)測。 工作溫度范圍廣，可在溫差較大的環(huán) 境下使用。 DX-WLX-2 雷達水位計發(fā)射電磁波，電磁波遇到被測液位表面被反射回來，反射 回波被接收并轉(zhuǎn)換成電信號。水位計會測量電磁波的發(fā)射和接收時間差 T，以 及空氣中 傳播速度常數(shù)C，通過公式計算出水位計與液面之間的距離L1= CxT/2，輸出的水位值 H=L1-L2。(L1 為渠底或管道底部至水位計的高度，簡稱雷達水 位計安裝高度。)
2.6 安裝支架圖紙
圖 7 俯視圖
圖 8 側(cè)視圖
圖 9 支架配件圖
