第1章 方案背景

排水管网是指城市雨污水的收集、输送、处理、利用以及排放等设施以一定方式组合而成的总体，在城市雨水、污水输送，控制水体污染和内涝溢流方面发挥着重要作用。排水管网按其作用分为雨水管网和污水管网，雨水管网是雨水的重要输送、排放管网，一般直排于地表水；污水管网重点收集生活、工业、商业等废水，输送至污水处理厂统一处理水质达标后排放至地表水。

目前城市污水管网在线监测中，液体的流速、水位、流量是关键的监测指标。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，为管理部门提供有效的数据支撑和治理依据，并辅助污水管网的管理与维护。

因此，为杜绝偷排、漏排等现象以确保排水管网和污水处理设施的高效运行，建设一套实时高效、低成本、易部署的污水管网流量在线监测系统就显得非常迫切。

第2章 监测方案

2.1 系统概述

排水管网流量监测系统基于物联网+大数据，以数字化分析仪表为核心，由多普勒超声波流量计、微功耗监测终端和数据平台组成的一套微型管网流量自动监测系统。系统采用超声波多普勒、锂电池和微功耗技术，有效解决了非满管、满管的流速、液位、流量监测的难题，同时降低了系统的建设成本和维护成本，物联网技术的应用确保相关部门更加及时、准确的取证，有效杜绝企业偷排、漏排，提升管网运行质量。

2.2 系统架构

排水管网流量在线监测系统，将整个管网进行网格化划分，在管网关键节点的检查井布设多普勒超声波流量计，实时监测管网的液位、流速、流量等数据，并通过自供电的微功耗监测终端上传至数据平台，由数据平台统一存储、分析各监测点数据的变化趋势，并结合网格化模型对偷排、漏排以及城市内涝进行预警溯源。系统采用物联网三层架构设计，系统拓扑见图1。

图1 系统拓扑图

感知层：流量、液位智能传感器，实现对流量、流速、液位的全过程连续测量，获取基础测量数据。

数据层：微功耗监测终端，支持2G/3G/4G/NB-IOT,TCP/IP\MQTT等多种物联网通信，将传感器测量数据上传至数据平台，进行数据存储和管理。

应用层：数据平台实现现场监测数据的集中展示和分析，包含实时数据、历史数据、统计分析，综合评价、报警及预警等功能。

2.3 系统特点

l 超声波多普勒测速原理，速度面积法测量流量，测量精度高，环境限制小，施工成本低；

l 传感器高集成度，支持流速、液位、流量、温度同时测量，声速温度补偿，测量更精准；

l 先进的管网水利模型，测量稳定性更好、环境适用性更高；

l 3cm高度、仿生学外观设计，有效减少垃圾遮挡，外加气管自清洗装置，维护成本低；

l IP68防水设计、防水接头，溢井也可正常工作；

l 主机内置7.4V/40AH可充电锂电池，5分钟测量1次可工作6个月以上，维护成本低；

l 外部电源输入接口和太阳能充放电管理单元，仅需太阳能电池板即可搭建太阳能系统，成本更低、更便捷；

l 2G/3G/4G/NB多种通信接口、玻璃钢天线，复杂场景的通信成功率高；

l 支持TCP/IP、MQTT、HJ/T 212等多种协议，数据对接更加便捷；

l 蓝牙4.0接口，配套APP调试、维护便捷。

第3章 监测设备

3.1 多普勒超声波流量计

HF-100型多普勒超声波流量计是基于超声波多普勒、频谱分析和低功耗技术开发的新一代流量计。产品由流速测量模块、液位测量模块、温度测量模块、微控制器、通信模块和电源模块等组成，集流速、液位、温度、流量的测量、存储和通信于一体。适用于明渠、河道、排水管网以及于各种满管、非满管的流速流量测量。

流速量程

0.02m/s～5m/s

流速精度

读数的±1%

流速分辨率

0.001m/s

液位量程

0～5m

液位精度

±0.5%FS

液位分辨率

0.001m

水温量程

0～60℃

工作电压

DC

9～28V

功耗

＜25mA

数字输出

RS-485、 RTU

尺寸

182*70*30mm

材质

POM

防护等级

IP68

电缆长度

标配10m，可根据需求定制

3.2 微功耗监测终端

HT-100型微功耗监测终端是基于嵌入式、物联网、太阳能充电、微功耗等技术开发的智能设备。产品集多种通信技术于一体，内置锂离子充电电池及充放电管理模块，采用IP68的防水等级，具有传感器数据采集、存储、通信、标定及报警等功能。适用于排水管网、农田灌溉、入河排污口等无电源场景的在线监测。

外观尺寸

130*65*150

重量

3KG

环境温度

-20℃~60℃

环境湿度

0～55℃；相对湿度 0-100％，非冷凝态

防护等级

铝合金外壳，IP68

供电电源

锂离子充电电池，7.4V/40AH

测量频次

1～1440分钟，可设置

数据存储

历史数据保存3个月

数据传输

2G/3G/4G/NB、TCP/IP协议，可定制协议

调试接口

蓝牙4.0 配套APP支持数据、状态显示及参数设置

传感器接口

2路传感器接口，IP68防水接头

电池寿命

3年, 充电周期6个月

安装方式

壁挂式、箱体式

3.3 智慧流量APP

微功耗监测终端配套智慧流量APP，用于现场调试、监测传感器数据和状态，同时具有传感器标定和参数设置等功能

第4章 安装调试

4.1 管网安装

u 多普勒超声波流量计通过L支架从检查井深入管道横向排口，支架固定在检查井壁上；

u 微功耗监测终端固定于井壁上方，天线朝上与井盖保持20cm距离；

u 传感器正对水流方向，若管底淤泥严重可将传感器适当抬高，避免淤泥遮挡探头；

u L型支架应避免横穿管道，复杂环境下可采用双L型支架。

4.2 明渠安装

u 多普勒超声波流量计通过L支架且渠壁深入渠底，支架固定在渠壁上，也可将传感器直接固定至渠底；

u 太阳能立杆安装至岸边，微功耗监测终端安装在太阳能的控制箱内；

u 传感器电缆固定在传感器支架上，从太阳能立杆底部进入控制箱与监测终端连接；

u 传感器正对水流方向，若渠底淤泥严重可将传感器适当抬高，避免淤泥遮挡探头。

4.3 典型案例

u 沣峪口果园灌溉流量监测项目

u 西安沣惠渠流量监测

u 山东茌平园区排口流量监测

u 西安航天城污水管网流量监测