基于分布式传感器在线监测数据的排水管网安全运行问题识别与分析
6页1、基于分布式传感器在线监测数据的排水管网平安运行问题识别与分析简要:摘 要:城市排水管网埋藏于地下,存在混接、错接、渗漏、淤堵、溢流、井盖移位、有毒有害气体聚集等平安运行问题。通过对复杂的排水管網建立一套完整、稳定的平安运行监测系统摘 要:城市排水管网埋藏于地下,存在混接、错接、渗漏、淤堵、溢流、井盖移位、有毒有害气体聚集等平安运行问题。通过对复杂的排水管網建立一套完整、稳定的平安运行监测系统,依托长期可靠的在线监测数据,可以定量的分析、评估及诊断管网的平安运行问题,有效的识别预警雨污混接、污水溢流、管道淤积、城市内涝和可燃气体聚集爆炸等事故,提高市政排水工作的管理效率,具有一定的实用价值和推广意义。关键词:排水管网;分布式传感器;监测数据;平安运行?灌溉排水学报?(双月刊)于1982年创刊,是由水利部中国农科院农田灌溉研究所,中国国家灌溉排水委员会主办的学术类刊物,该刊为中文核心期刊。1 概况我国的20222022年全国新增排水管道长度36.9万千米,年均增长率在5.612%之间,截止到2022年底,我国城市排水管道长度总量到达 63.0万千米,其中超过27万千米排水管网的使用年龄在十
2、年以上1。而城市排水管网多是隐蔽工程,埋于路面以下,拓扑结构复杂,运行工况多样,出现平安运行问题后不易被发现。因排水管网运行异常而造成的雨污水溢流、路面塌陷、城市内涝、地表水污染和沼气聚集爆炸等事故,严重影响了城市平安和居民生活(图1)。排水管网的运行平安问题主要包括混接、错接、渗漏、淤堵、溢流、井盖移位伤人、有毒有害气体聚集爆炸及在车流人流密集路段因排水管网渗漏可能产生路面塌陷等。这些风险隐患与管网运行的主要指标及参数,如流速、流量、水位、可燃有毒气体浓度等都密切相关。通过对复杂的排水管网建立一套完整、稳定的平安运行监测系统,实时获取管网运行在线监测数据,一方面可以了解排水管网整体运行的动态规律以及风险情况,使各种风险隐患关口前移,降低平安事故的发生的几率;另一方面通过长期监测数据的积累,为排水管网的科学研究、设计、规划改造及运行维护提供数据支撑。2 分布式传感器为了实时获取排水管网的主要运行参数,如水位、流速、流量、可燃有毒气体气体浓度和井盖移位等,以识别排水管网在运行过程中存在的平安问题,需要在排水管网的主干及关键节点布设流量计、液位计、可燃气体监测仪和智能井盖等传感器,形成一套
3、覆盖全面的平安运行监测网。2.1 流量计排水管道中的流量测量多采用多普勒超声波流量计,可实现排水管网或明渠等场合的满管、非满管流量在线长期稳定监测与积水及溢流预警报警。其测量工作原理是使用速度面积法,液位测量使用压力测量原理,速度测量使用多普勒超声波测量原理,当超声波入射到水中,水中存在着不均体(如悬浮物等)将对声波产生不规那么散射,散射声波的一局部被接收换能器接收,由于水流存在,散射体与发射器、接收器之间有相对运动,据多普勒效应原理,接收到的反射信号频率有一定偏高,即多普勒频移。根据多普勒频移方程,频移的大小:式中:Fd-多普勒频移;F0-发射超声波频率,Hz;C-水中声速,m/s;V-水中流速,m/s;-发射波速和接收波速相对于水流方向的夹角。超声波发射频率为常数,换能器夹角安装后固定不变,所以K为常数。由式(3)可见,流速V和多普勒频移Fd及水的声速C成正比,只要检测出多普勒频移Fd和水的声速C,即可计算出流速(图2)。流速测量传感器;压力水位测量传感器(可选);传感器本体;接地板;电缆;电缆压盖2.2 液位计排水管道或检查井的液位测量多采用液位静压式传感器,可设置报警点,当液位
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