一、方案简介

随着城市发展建设和生活水平的不断提高，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。

城市排水管网承担着城市防汛排涝、污水收集和输送的重要任务，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，保护城市的生态环境显得尤为重要。

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。

二、建设方案

城市排水系统由于深埋地下，结构复杂，是一个具有隐蔽性的巨型网络系统，这增加了排水管网运营和管理的难度。通过排水管网的流量监测可实现对管道内部流量数据的准确掌握，改变粗略判断流量的数据管理方式。

通过对管网系统全方位的流量监测，实时掌握管网总体运行状况。将流量数据积累，对较长时间跨度的管道流量变化趋势进行分析，实现科学预判。对流量数据与业务应用系统、数学模型软件相结合，建立完整动态的管网运行管理系统、管网运行能力分析系统等，为科学运营夯实基础。

通过流量实时监测、预警分析、运行状况研判，建立科学的运营管理体系，提高管理人员对整体管网系统的掌控能力、水量科学调配能力，提升运营管理效率。

2.1 总体架构

城市排水管网流量系统由标准规范、感知源、基础设施、支撑层、应用层和运营体系组成。标准规范是保障系统稳定、安全运行的基础，前端感知设备采集的数据通过网络等基础设施传输数据，将水环境事件感知数据与现有业务数据进行汇聚、整合、清洗；通过调取各支撑平台服务，为系统应用提供支撑；运营体系为数据更新、产品迭代、事件准确率等提供保障。

城市排水管网流量监测系统解决方案拓扑图

2.1.1 感知源

感知源包括多普勒超声波流量计、水位计、遥测终端等，感知设备安装庞大的地下管网中，采集处理并上传信息。利用感知设备对地下管网水环境所需要参数进行多元化、全方位动态监测，也是支撑本系统的基础支撑部分。

2.1.2 基础设施层

基础设施层主要为云设施，为大量的感知数据提供计算资源、存储资源、网络资源、安全资源。

2.1.3 支撑层

利用庞大的感知体系，提供覆盖广、频次高的感知服务；结合相关业务的数据指标，支持对水环境事件的精准检测；支持高精感知场景；提供数据处理服务，为水环境感知事件的准确性提供支撑。

2.1.4 应用层

基于感知层所采集数据，提事件推送、首页展示、预警管理、策略管理等应用服务。

2.1.5 本地化运营服务

提供常态化的本地运营服务，面向城市地下管网水流量监测提供专业化的人工审核处置运营团队。

2.2 流量监测站构成

多普勒超声波流量监测站主要由多普勒超声波流量计、雷达水位计、锂电池供电系统（含RTU、电池）、安装支架（可拆卸）等设备组件构成。同时将雷达水位计集成到超声波流量监测站系统中，可以高精度检测窨井内的水位，主要起到预警报警的作用，可有效预防城市内涝的发生。

该流量监测站可有效进行数据采集，可以将采集到的数据无线传输至管理中心，管理中心控制人员可以根据采集到的流量数据进行其他业务性预判操作。

2.3 监测站工作模式

安装与井口位置的雷达水位计增加了窨井监测范围，弥补了超声波流量计中水位计无法全覆盖监测窨井范围水位的不足，从而可以更为有效的监测窨井内的水位。当降雨或洪涝灾害等不利因素发生时可以及时有效的提供监测数据给管理中心，可以让管理中心提前了解当时排水管网的水位及流量状态和及时采取预防报警措施，从而更好的保护人们的生命财产安全和城市的生活环境。

无论排水管网处于什么状态，该流量监测站设备都处于间隔性工作状态，当水位、流速或流量进入警戒范围时，无线传输模块RTU将提高上传数据频率，及时向用户进行报警，起到报警和提前预防的作用。不工作时超声波流量监测站中的监测设备处于休眠状态，这样可以达到长时间工作的需求。

2.4 安装方式

多普勒超声波流量计通过易拆卸的安装支架安装在管道内部的低端，如下图所示，雷达水位计、锂电池供电系统（含RTU、电池）安装在井口位置，在井盖下方居中即可，雷达水位计可以监测窨井范围内的水位状态，且易于RTU的数据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，易于拼接延长和拆卸。注：示意图中压力式水位计为备用。

多普勒超声波流量安装

2.5 主要功能

2.5.1 监测采集功能

多普勒超声波流量监测站可以自动采集流速、水位、流量等数据，并定时向中心站发送监测的数据指标，同时还包括系统电压、站点编号、信号强度等参数，数据也会本地存储备份。

2.5.2 配置参数功能

多普勒超声波监测站设备可采用有线、无线远程等多种方式进行配置设备参数和升级设备程序，使监测设备更加贴近用户需求或现场使用情况。

2.5.3 采集和传输功能

超声波监测站自动采集水位、流速、流量等监测数据，支持3G/4G/GPRS、短信息、卫星、433、以太网等多种通信方式。当通讯信号不良或设备发生通讯故障时，监测数据储存在本地缓存中，当通讯恢复正常时，设备会自动将未上传成功的监测数据上传至服务中心。

监测数据在设备本地具有数据储存功能，将历史监测数据保存在本地设备内，可通过有线方式导出历史数据。

多普勒超声波监测站设备可采用有线、无线远程等多种方式升级设备程序，使监测设备更加贴近用户需求或现场使用情况。通过远程更改超声波监测站监测设备的IP地址和端口，可以将监测站设备所上传的监测数据上传至其他平台进行进一步的处理等。

2.5.4 可扩展功能

多普勒超声波监测站的监测设备具有丰富的接口，可以接入不同数量和类型的监测设备，可以更加完善、全面的监测不同类型的数据。比如还可以接入水质传感器，可同时监测地下管网水质和水量，为管网水环境“质量”奠定数据基础。

2.6 设备清单

多普勒超声波流量监测站单个站点所包含的主要设备如下所示：

1、CK-DPL-180多普勒超声波流量计1个，可同时监测流速、流向、水位、流量等数据；

2、CK-YJ-408锂电池遥测终端1套，内置RTU和电池；

3、CK-SWJ-680雷达水位计1套，精度高，运行稳定；

4、安装支架及辅材1 套，可拼接，易拆卸。

CK-DPL-180多普勒超声波流量计

窨井遥测终端机 窨井遥测终端机

雷达水位计

遥测终端机

2.7 监测站点布设原则

1、排水主管、重要管线、主要调蓄建筑物出口以流量、水位监测为主。

2、商业区、工业区、居民区内部以水位监测为主，流量监测为辅。

3、污水厂汇流前的分支节点以流量监测为主。

4、多条管道的汇流节点以监测流量为主。

5、在大管径的污雨水管道汇合处、接入流量与转输流量之比较大的检查井、长距离运输管道、截流式合流制的溢流井出口加设水位监测点。

2.8 安装位置选择原则

超声波流量监测站一般布置于主干管、重点支管及多个排水片区的交汇处。在实际安装超声流量计的过程中，应遵循以下原则：

1、超声波流量计应当安装于水面平缓稳定、没有回流和漩涡、处于测量范围内的水面无障碍物等环境下。

2、避免在排水口、垂直跌水、挡流板、落水井、河道（管道）汇流、河道（管道）弯曲等位置处安装超声波流量计，这种位置将会严重影响到测量精度，应避免此类位置处安装超声波流量计，应在该位置的上游或下游水流平缓稳定的环境下进行安装。

3、监测站应避免在检查井结构复杂、井壁疏松的管道内安装，因为超声波流量计通过安装支架固定于检查井的井壁内，复杂和损坏的井壁结构会增加安装施工的难度。

如果必须在管道结合处附近安装，并且其中一条管道内的水位较高，应当将超声波流量计安装于水位较低的管道附近，距离拐点至少10倍DN（管道直径）。

2.9 设备调试

每台设备安装完成后，进行如下测试：

（1）设备通电测试：设备通电并确保静态环境下数据能有效上传；

（2）设备试运行：在正常作业情况下观察30分钟以上，确保设备稳固安装；

（3）上线测试：系统通电情况下，正常作业运行30分钟以上，观测并记录回传数据，对比监测指标，明确项目设备上传数据处于合理范围内，能正常投入设备运营；

（4）人员培训：按照标准流程对操作人员进行建议培训并配发手册，保障项目日常运行正常且操作人员能对轻微故障进行检查和排障；

（5）正式上线：测试通过后核对设备编号与系统记录编号，确保设备采集数据唯一性，确保平台记录数据的可靠性和合理性；

（广州创科工程质量检测有限公司）