1 概述

1.1 背景介紹

我國(guó)自十五大（1997 年）以來(lái)，全國(guó)排水管道建設(shè)和城鎮(zhèn)污水收集及處理 能力實(shí)現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)。截止 2018 年全國(guó)城市、縣城已經(jīng)建立污水處理廠 2300 余座，日處理能力達(dá)到 1.97 億立方米，排水管道長(zhǎng)度達(dá)到了 68.3 萬(wàn)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(biāo)仍和發(fā)達(dá)國(guó)家有 很大差距。

圖 1 截至 2018 年排水管道總長(zhǎng)度和污水處理廠總量 

表 1 排水管道和污水處理對(duì)比表

目前雖然國(guó)家大力建設(shè)和改造雨污分流系統(tǒng)，旨在徹底解決城市排水問(wèn)題， 但在實(shí)際中仍存在各種各樣的問(wèn)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(dǎo)致的內(nèi)澇等問(wèn)題，下圖對(duì)問(wèn)題的原因進(jìn)行概括說(shuō)明。

圖 2 現(xiàn)實(shí)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(shí)問(wèn)題

城市排水管網(wǎng)承擔(dān)著城市防汛排澇、污水收集和輸送的任務(wù)，是重要的城 市基礎(chǔ)設(shè)施之一，它關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(cè)手段，建設(shè)智慧城市，是當(dāng)今世界城市發(fā)展的趨 勢(shì)，更是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容。隨著河長(zhǎng)制、治水提升、海綿城市建設(shè)等 新策略先后實(shí)施，水務(wù)管理的精細(xì)化、業(yè)務(wù)協(xié)通化的能力得到不斷提升。同時(shí)，新時(shí)代的發(fā)展對(duì)水務(wù)的智慧化也提出了更高的要求。因此，對(duì)城市雨污排水系 統(tǒng)不僅要建設(shè)好，而且要采取有效的監(jiān)測(cè)手段，保護(hù)城區(qū)的生態(tài)環(huán)境顯得尤為重要。 通過(guò)排水管網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)分布信息的查詢，通過(guò)排水管網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)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(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估、預(yù)測(cè)，進(jìn)而完成對(duì)排水管網(wǎng)科學(xué)有效的調(diào)度管理。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

本項(xiàng)目旨在排水管網(wǎng)中建設(shè)非接觸式雷達(dá)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)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(guò)無(wú)線通訊方式 將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到綜合管理平臺(tái)，在平臺(tái)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析評(píng)估以及展示。

1.3 建設(shè)依據(jù)

1. 《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》-國(guó)辦發(fā)〔2014〕27 號(hào)。

2. 《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知 》-國(guó)辦發(fā)〔2013〕23 號(hào)。 

3. 《城鎮(zhèn)排水與污水處理?xiàng)l例》-第 641 號(hào)。 

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(hào)。 

5. 《關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》-國(guó)發(fā)〔2013〕36 號(hào)。 

6. 《室外排水設(shè)計(jì)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(shè)施數(shù)據(jù)采集與維護(hù)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(guó)家政策和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，優(yōu)先采用中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)及排水行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)，若有國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺項(xiàng)或不完善時(shí)，可選用相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國(guó)家 政策和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)按最新頒布的執(zhí)行。

2 管網(wǎng)雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)站結(jié)構(gòu)組成如下圖所示。

                                                                 鋰電池供電箱                      +                                    雷達(dá)水位計(jì)及安裝支架

圖 4 雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)站組成示意圖

雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)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(dá)水位計(jì)和安裝支架組成。

2.2 主要功能特點(diǎn)

雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)站所采用的雷達(dá)水位計(jì)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(cè) 7m 范圍內(nèi)的窨井水位。 除了監(jiān)測(cè)水位的基本功能外，同時(shí)還具有控制、傳輸、儲(chǔ)存、報(bào)警等功能。

? 量程：7m 

? 精度范圍：±3mm 

? 低功耗，6-24V寬電壓供電 

? 測(cè)量中無(wú)需人工介入，可長(zhǎng)期無(wú)人值守，自動(dòng)測(cè)量 

? 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀數(shù)便捷、安裝維護(hù)方便、攜帶方便、無(wú)機(jī)械磨損、壽命長(zhǎng) 

? 帶溫度補(bǔ)償功能，可在溫差較大的環(huán)境下使用，精度高，適應(yīng)性強(qiáng) 

? 非接觸式連續(xù)測(cè)量，不受水體污染，不破壞水流結(jié)構(gòu)，精度高，適應(yīng)性強(qiáng) 

? 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(shí)時(shí)在線以及定時(shí)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(fēng)速風(fēng)向，閘位， 電池電壓等數(shù)據(jù)，其它傳感可定制。 

? 遠(yuǎn)程管理功能：支持遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程升級(jí)，遠(yuǎn)程重啟等遠(yuǎn)程維護(hù)功能。 

? 存儲(chǔ)功能：自帶flash存儲(chǔ)以及TF卡，可永久存儲(chǔ)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(dǎo)出。 

? 支持多3個(gè)中心，可實(shí)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(chǔ)器使用。 

? 支持主備信道切換，以及GPRS短信同時(shí)上報(bào)（短信內(nèi)容格式可定制）。 

2.3 安裝方式 

雷達(dá)水位計(jì)通過(guò)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(shí)需要保證雷達(dá)水位計(jì)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(hù)時(shí)更換電池。安裝支架采用不銹鋼材質(zhì)，采用模塊化設(shè)計(jì)。

圖 5 窨井安裝示意圖

圖 6 安裝現(xiàn)場(chǎng)

2.4設(shè)備清單

表2雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)站設(shè)備清單（單站）

2.5設(shè)備技術(shù)參數(shù)

雷達(dá)水位計(jì)（DX-WLX-2）

水深：

測(cè)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(hào)接口：RS485（Modbus） 

? 防護(hù)等級(jí)：IP68 

? 工作溫度：-35~80℃（不結(jié)冰） 

? 存儲(chǔ)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(wú)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(jí) 

? 內(nèi)存：16M，支持最大 256G TF 卡。

? 指示燈：網(wǎng)絡(luò)指示燈、WiFi 開關(guān)指示燈、運(yùn)行指示燈、報(bào)警指 示燈 

? 按鍵：電源按鍵、WiFi 按鍵 ? 工作溫度：-30—65°C 

? 儲(chǔ)存溫度：-30—65°C 

? 工作濕度：0-95% RH 

? 外殼材質(zhì)：ABS 

DX-WLX-2 雷達(dá)水位計(jì)使用聲波反射原理測(cè)量水位，適用于水庫(kù)、管道、閘 道、 渠道、河道、及各種水工建筑物處水位測(cè)量。可用作水位數(shù)據(jù)采集和水文 自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)傳感器。可配合 DX-RTU-1 遙測(cè)終端機(jī)使用，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。DX-WLX-2 雷達(dá)水位計(jì)與同類產(chǎn)品相比，具有性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、適用范圍廣等點(diǎn)， 即 使在偏遠(yuǎn)山區(qū)，或者氣候惡劣的條件下也能實(shí)現(xiàn)全天候工作。測(cè)量穩(wěn)定可靠， 不受風(fēng)速、溫度、蒸 汽等條件影響。非接觸式連續(xù)測(cè)量，不受水體污染 ，不 破壞水流結(jié)構(gòu)，精度高，適應(yīng)性強(qiáng)。 灌區(qū)明渠水位監(jiān)測(cè)，城市供水，排污 水 位監(jiān)測(cè)，管道(井)水位監(jiān)測(cè)。 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(dá)水位計(jì)發(fā)射電磁波，電磁波遇到被測(cè)液位表面被反射回來(lái)，反射 回波被接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。水位計(jì)會(huì)測(cè)量電磁波的發(fā)射和接收時(shí)間差 T，以 及空氣中 傳播速度常數(shù)C，通過(guò)公式計(jì)算出水位計(jì)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(jì)的高度，簡(jiǎn)稱雷達(dá)水 位計(jì)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