传感智库丨如何进行城市污水管网流量在线监测？

近年来，全球气候变化产生了城市热岛、雨岛效应，城市极端气象事件越来越多，极端暴雨天气的频率、强度也在逐年上升。暴雨事件的增加并叠加城市化的水文畸变效应，导致城市“看海”现象屡屡上演。

由于强降水或连续性降水超过城市排水管网的排水能力，致使城市内产生积水灾害；雨水管网在长时间运行后，会发生管道堵塞、变形、脱节、断裂等，产生渗漏，浪费水源；明渠、河流和污水管网在长时间运行后，内部会有很多的淤泥、漂浮物等，淤堵到一定程度就会发生污水倒灌等情况，污染周边和地下水环境。

为了及时准确地掌握城市给排水管网的运行特征，需要对其液位、流速及流量等多种基本运行参数进行测量，获取连续的液位、流速及流量数据，掌握其变化规律，通过这些基础数据的瞬时分析、统计计算、模型模拟，可以全面地进行系统现状诊断与评估，为各项研究工作的开展奠定坚实的数据基础。城市污水管网流量在线监测系统，可以实现对城市污水管网中的地下污水流量实时监测，并利用监测数据辅助污水管网的管理与维护。

系统架构

城市污水管网流量在线监测系统是以流量监测仪器为核心，运用现代传感技术、自动测量、自动控制技术、计算机应用技术、以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统。

系统主要由现场采集单元、数据处理单元（测量主机）、通信网络和监控中心数据服务平台组成。系统由声学多普勒流量计测量流体流速、水位、水温和流量，遥测终端RTU将数据通过3G/4G/GPRS/SMS网络传输至流量监测中心，监测中心结合相应的监控及分析软件可实时对现场数据可视化监测，实现系统运行无人值守、有人管理的模式。

系统拓扑图

系统核心产品

系统中使用的H1688声学多普勒流量计是一款性价比非常高的接触式声学多普勒测流设备，尤其适用于浊度大于20mg/L的流体流量测量，同系列产品也可应用于固液两相流的流量测量。具有微功耗、高精度、宽量程等特点，操作简便，可同时检测流量、流速、水位、水温、剩余电量、电压等多种参数，能够很好的满足用户对于产品高精度和高稳定性的需求。与其它常规类型流量计或其它超声波流量计相比，具有高精度、高可靠性、高性能、价格适中等显著特点，具体技术特点如下：

1、 断面流速测量：超声波探头的测量截面为椭圆形，覆盖不同纵深的流速，更接近于断面流速；

2、测量精度高：选带傅里叶变换(Zoom-FFT)算法保证测量结果稳定并具有毫米级别的速度分辨率；

3、结构设计独特：通过专利保护的结构设计有效防止淤泥堵塞关键测量部位，减少流量计的维护；

4、低功耗设计：嵌入式软硬件整体低功耗设计、先进的电源管理策略及科学的工作模式切换；

5、应用场景广：浊度大于20mg/L的满管和非满管流量测量均可，通过选用宏电相关配件可扩展支持淤积监测功能；

6、防护等级高：IP68防水防尘等级，可满足各种不同应用场合；

7、电路异常保护：有过电压保护、浪涌电压保护及电源极性反接保护，避免操作失误引起的电气损坏。

城市污水管网流量在线监测系统运行维护简单方便，能很好地满足流量的实时连续监测和远程监控的要求，便于管理人员能够及时准确地掌握其管网排水水流量状况，实现流量自动实时监测、远程监控的目的。