城市排水管网流量、水位监测系统

1 概述

1.1 背景介绍

我国自十五大（1997 年）以来，全国排水管道建设和城镇污水收集及处理 能力实现了显著增长。截止 2018 年全国城市、县城已经建立污水处理厂 2300 余座，日处理能力达到 1.97 亿立方米，排水管道长度达到了 68.3 万公里。但 管网密度、污水处理厂规模、生活污水集中收集率等核心指标仍和发达国家有 很大差距。

图 1 截至 2018 年排水管道总长度和污水处理厂总量 

表 1 排水管道和污水处理对比表

目前虽然国家大力建设和改造雨污分流系统，旨在彻底解决城市排水问题， 但在实际中仍存在各种各样的问题难以解决，比如雨污混接、偷排漏排、管道 堵塞淤积、管道溢流和导致的内涝等问题，下图对问题的原因进行概括说明。

图 2 现实中的雨污管道使用情况（分流制）

图 3 排水管道遇到的现实问题

城市排水管网承担着城市防汛排涝、污水收集和输送的任务，是重要的城 市基础设施之一，它关系到社会经济稳定发展和人民生活的安定,在保障城市发 展和安全运行中发挥着重要的作用。利用现代信息技术和监测手段，建设智慧城市，是当今世界城市发展的趋 势，更是生态文明建设的重要内容。随着河长制、治水提升、海绵城市建设等 新策略先后实施，水务管理的精细化、业务协通化的能力得到不断提升。同时，新时代的发展对水务的智慧化也提出了更高的要求。因此，对城市雨污排水系 统不仅要建设好，而且要采取有效的监测手段，保护城区的生态环境显得尤为重要。 通过排水管网系统可以实现对管网分布信息的查询，通过排水管网系统可以实现对排水管网数据的监测和采集，而智慧排水信息系统可以与排水系统、 排水泵站自动监控系统、城市河道管理系统等共享数据信息，并处理分析数据，实现对排水管网运行状态的评估、预测，进而完成对排水管网科学有效的调度管理。

1.2 建设内容

本项目旨在排水管网中建设非接触式雷达流量监测系统，重点监测城市排 水管道内污水和雨水的流速、流向、水位及流量等信息，并通过无线通讯方式 将监测数据实时发送到综合管理平台，在平台中进行数据分析评估以及展示。

1.3 建设依据

1. 《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》-国办发〔2014〕27 号。

2. 《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知 》-国办发〔2013〕23 号。 

3. 《城镇排水与污水处理条例》-第 641 号。 

4. 《城镇污水排入排水管网许可管理办法 》-住建部令第 21 号。 

5. 《关于加强城市基础设施建设的意见》-国发〔2013〕36 号。 

6. 《室外排水设计规范》GB 50014-2006(2014 年版)。 

7. 《城市排水工程规划规范》GB 50318-2017。 

8. 《城镇给水排水技术规范》GB 50788-2012。 

9. 《城市排水防涝设施数据采集与维护技术规范》GBT 51187-2016。 

10. 《城市水系规划规范》GB 50513-2009。 

在上述国家政策和标准规范中，优先采用中华人民共和国标准及排水行业 标准，若有国内标准规范缺项或不完善时，可选用相应的国际标准规范，国家 政策和标准规范应按最新颁布的执行。

2 管网雷达水位监测站系统设计

2.1 结构组成

雷达水位监测站结构组成如下图所示。

                                                                 锂电池供电箱                      +                                    雷达水位计及安装支架

图 4 雷达水位监测站组成示意图

雷达水位监测站主要由带有控制、通讯和供电功能的锂电池供电系统（含 RTU）、雷达水位计和安装支架组成。

2.2 主要功能特点

雷达水位监测站所采用的雷达水位计的波束角仅有 8°，可以明显有效减 少井壁和井内金属脚踏等所造成多径干扰，可有效监测 7m 范围内的窨井水位。 除了监测水位的基本功能外，同时还具有控制、传输、储存、报警等功能。

 量程：7m 

 精度范围：±3mm 

 低功耗，6-24V宽电压供电 

 测量中无需人工介入，可长期无人值守，自动测量 

 结构简单、读数便捷、安装维护方便、携带方便、无机械磨损、寿命长 

 带温度补偿功能，可在温差较大的环境下使用，精度高，适应性强 

 非接触式连续测量，不受水体污染，不破坏水流结构，精度高，适应性强 

 通信功能：支持GPRS,3G,4G，短消息，卫星，433，以太网等多种通信方式。 

 工作模式：支持实时在线以及定时唤醒等工作方式。 

 采集功能：水位，雨量，温湿度，水文，流速，流量，风速风向，闸位， 电池电压等数据，其它传感可定制。 

 远程管理功能：支持远程配置，远程升级，远程重启等远程维护功能。 

 存储功能：自带flash存储以及TF卡，可永久存储历史数据，掉电不丢失。 

 本地配置：本地支持USB以及WIFI配置，数据查询，历史数据导出。 

 支持多3个中心，可实现“一包多投”功能  支持最高256GB容量TF卡，可作为海量数据存储器使用。 

 支持主备信道切换，以及GPRS短信同时上报（短信内容格式可定制）。 

2.3 安装方式 

雷达水位计通过易拆卸的安装支架安装在检查井的中间位置且位于井盖正 下方即可，同时需要保证雷达水位计水平安装。如下图所示，此种安装方式易于 RTU 的通讯和后期维护时更换电池。安装支架采用不锈钢材质，采用模块化设计。

图 5 窨井安装示意图

图 6 安装现场

2.4设备清单

表2雷达水位监测站设备清单（单站）

2.5设备技术参数

雷达水位计（DX-WLX-2）

水深：

测量范围：7   

精度：±3mm 

 天线发射角度（水平和垂直) ：8°

 电源：DC6V-24V 典型值 12V 

 平均功耗：≤30mW 

 信号接口：RS485（Modbus） 

 防护等级：IP68 

 工作温度：-35~80℃（不结冰） 

 存储温度：-35℃-70℃ 

 外壳材质：铝合金 

 安装方式：螺纹 

 外形尺寸：直径：68mm 高：90mm 

锂电池供电系统(DX-LD-2)

 数据接口：3 路开关量输入接口、2 路 4-20mA 模拟量输入接口、 2 路 RS485 接口、2 路电源输出接口、1 路继电器输出接口 

 无线通信模块：支持 GPRS,3G,4G，短消息，卫星，433，以太 网等多种通信方式；支持向三路以上地址发送含不同登录信息的数据功 能 

 处理器：32 位工业级 

 内存：16M，支持最大 256G TF 卡。

 指示灯：网络指示灯、WiFi 开关指示灯、运行指示灯、报警指 示灯 

 按键：电源按键、WiFi 按键  工作温度：-30—65°C 

 储存温度：-30—65°C 

 工作湿度：0-95% RH 

 外壳材质：ABS 

DX-WLX-2 雷达水位计使用声波反射原理测量水位，适用于水库、管道、闸 道、 渠道、河道、及各种水工建筑物处水位测量。可用作水位数据采集和水文 自动测报系统传感器。可配合 DX-RTU-1 遥测终端机使用，远程监测。DX-WLX-2 雷达水位计与同类产品相比，具有性能可靠、运行稳定、适用范围广等点， 即 使在偏远山区，或者气候恶劣的条件下也能实现全天候工作。测量稳定可靠， 不受风速、温度、蒸 汽等条件影响。非接触式连续测量，不受水体污染 ，不 破坏水流结构，精度高，适应性强。 灌区明渠水位监测，城市供水，排污 水 位监测，管道(井)水位监测。 工作温度范围广，可在温差较大的环 境下使用。 DX-WLX-2 雷达水位计发射电磁波，电磁波遇到被测液位表面被反射回来，反射 回波被接收并转换成电信号。水位计会测量电磁波的发射和接收时间差 T，以 及空气中 传播速度常数C，通过公式计算出水位计与液面之间的距离L1= CxT/2，输出的水位值 H=L1-L2。(L1 为渠底或管道底部至水位计的高度，简称雷达水 位计安装高度。)

2.6 安装支架图纸

图 7 俯视图

图 8 侧视图

图 9 支架配件图