欢迎进入厦门欣仰邦科技有限公司官网!
  • 电话图标
0592-3564822
解决方案
联系方式

企业服务热线:0592-3564822 0592-3564822

公司电话 : 0592-3564822

业务咨询 : 17850532774

智慧城市

雨污管网流量监测方案

第一章 项目背景与行业痛点

1.1 雨污管网流量监测建设背景

城市雨污管网是承担降雨径流收集、生活污水输送、工业废水接纳及城市排水防涝任务的重要基础设施。管网运行过程中,实际水量随降雨时空分布、居民生活规律、工业生产周期、地下水位、泵站启停及下游水力条件变化,具有明显的动态特征。

雨水管网的流量通常与降雨强度、汇水面积、地表产流、管网调蓄和下游排放条件有关;污水管网则具有较明显的日变化和周期性排水特征;雨污合流管网同时受到生活污水、工业排水和降雨径流影响,可能出现流量迅速增加、管道高充满度运行及溢流等情况。

长期以来,部分城市排水设施管理主要依靠管道设计流量、泵站设备运行记录和人工巡查评价排水状态。设计流量反映规定条件下的工程设计能力,但不能直接代替实际运行期间的实时流量。泵组铭牌流量同样不等于所有工况下的真实输送水量。

雨污管网流量在线监测方案通过在重要排水干管、污水主干管、雨污分流节点、合流制溢流设施、泵站进出水管及其他有效计量断面布设流量监测设备,连续获取流量、流速、水位和断面参数,实现排水系统实际水量的动态感知。

系统根据管道是否满管、是否存在自由水面、介质导电性、悬浮物特征和安装空间选择电磁、超声波、流速—液位联合测量等适用技术,使测流方法与真实水力工况相匹配。

通过构建统一的数据采集、流量计算、累计水量统计和分区水量分析体系,可为雨污管网运行评价、雨天入流与入渗调查、排水能力分析、泵站管理、排水防涝及管网改造提供持续的数据依据。

1.2 雨水管网运行特征

雨水管网在无降雨时可能处于低水位、无明显水流或局部存在残余水量的状态。发生降雨后,径流经过雨水口、支管和主干管逐渐汇集,流量可能在较短时间内快速增加。

部分雨水管段在强降雨下会经历低水位自由水面流、高充满度流动和满管承压等不同工况。监测设备必须识别其适用边界,避免在测量条件失效时持续输出不可信流量。

1.3 污水管网运行特征

污水管网通常存在早晚生活排水高峰及相对稳定的旱天基础流量。工业排水接入、地下水入渗、雨水误接和泵站运行变化可能改变正常流量过程。

污水介质中可能含有油脂、纤维、泥砂、泡沫和其他悬浮物,需要充分考虑传感器污染、沉积、腐蚀与维护问题。

1.4 合流制管网运行特征

合流制排水系统在旱天主要输送污水及其他基础流量,在降雨期间同时承担雨水径流输送,流量变化可能较大。

对于设置了溢流设施的合流制系统,需要分别明确进入管网、输送至污水处理设施、调蓄储存和实际溢流排放等水量边界,不能仅凭一个主干管测点计算全部水量。

1.5 雨污管网流量监测的行业痛点

(1)设计流量与实际流量存在差异

管道设计参数通常对应预定计算条件,而实际雨污水量受到汇水变化、接入情况、设施老化和调度运行影响,可能与设计阶段的估算存在差异。

(2)满管与非满管工况并存

雨污管网内既有重力流非满管管道,也有倒虹管、压力输送管和泵站出水压力管。不同流态对应不同测量原理,难以采用单一流量计覆盖全部场景。

(3)排水介质影响长期测量

污水中的悬浮物、淤泥、油脂及漂浮杂物,可能造成接触式传感器污染和流速测量偏差。

(4)非满管断面面积持续变化

非满管管道的过水断面随水位改变。仅测量流速而不掌握实际水深与断面几何,通常不能准确计算瞬时流量。

(5)缺乏雨污分区水量数据

部分排水系统没有在重要汇集节点、污水分区出口和雨水干管设置有效测量断面,难以了解不同排水分区的实际输送规模。

(6)雨天异常入流难以量化

污水管网可能受到雨污混接、地表直接入流、地下水入渗等影响。缺少旱天与雨天流量对比数据时,相关问题难以开展定量分析。

(7)下游顶托影响流量判断

河道高水位、潮汐、泵站停运及局部管网高水位可能改变水位—流量关系,部分场景甚至出现短时逆向流动。

(8)累计水量的有效性难以追溯

如果监测系统存在流速失效、断网补传、时间戳错误或重复积分等问题,小时、日、月累计量可能产生偏差。

(9)设备维护安全条件复杂

地下检查井内部可能存在缺氧、有毒有害气体、突然进水和其他作业风险,长期维护成本及安全管理要求较高。

1.6 项目建设必要性

建立具有测量质量控制和实际水力工况适应能力的雨污管网流量监测体系,有助于将排水设施运行管理从单纯依赖设计参数和周期性巡查,逐步转向基于真实流量、水位和水量过程的数据分析。

第二章 建设目标与监测目标

2.1 总体建设目标

建设适用于城市雨水、污水及雨污合流管网的流量在线监测系统,获取瞬时流量、流速、水位、累计水量及断面参数,并建立实时监测、分区计量、运行分析、异常预警和设备运维的管理体系。

2.2 瞬时流量监测目标

实时获取指定计量断面的体积流量,准确标记其测量方式、单位、方向和数据质量。

2.3 断面平均流速监测目标

对具备适用测流条件的管道获取断面平均流速,或利用经现场验证的模型将局部流速转换为平均流速。

2.4 水位与水深监测目标

连续获取非满管管渠的实际水位、水深及变化趋势,为过水断面计算和运行状态分析提供基础。

2.5 断面几何参数管理目标

建立管径、净宽、净高、边坡、管底高程、断面形状及实际淤积修正参数档案。

2.6 累计水量监测目标

按小时、日、月、年度和指定事件统计有效累计过水量,并对数据缺失和异常时段进行独立记录。

2.7 流向监测目标

在具备双向流量测量能力的区域识别正向排水、反向流动和近零流速状态。

2.8 雨水管网峰值流量监测目标

记录典型降雨过程的最大瞬时流量、峰值发生时间和对应水位,为排水能力评价提供数据。

2.9 污水管网旱天流量监测目标

形成典型工作日、休息日和不同时段的污水流量规律,建立可比运行条件下的基础流量。

2.10 雨天污水异常增量监测目标

结合降雨和实际运行条件,分析污水管网雨天流量与旱天基线的差异,为入流入渗调查提供线索。

2.11 合流制系统水量监测目标

在合流制主干管、调蓄设施及溢流口等必要位置监测实际水量,辅助建立合流制系统的水量分配关系。

2.12 分区流量平衡目标

对具有明确边界及有效监测设备的排水分区,开展进水、出水、支管汇入和储水量变化分析。

2.13 排水设施能力评价目标

通过真实流量、水位和运行工况,辅助研究管网高负荷运行、下游顶托和重点排水设施的输送能力。

2.14 测量质量管理目标

持续识别传感器失效、气泡影响、测量超量程、液位异常和断面模型失效等情况,保障流量结果可追溯。

2.15 运维决策支撑目标

利用长期监测数据支持排水设施巡检、清淤、改造、管网问题排查和治理前后评价。

第三章 需求分析

3.1 排水系统类型识别需求

首先明确测量对象属于雨水管网、污水管网、雨污合流系统或特定排水输送设施,分别建立监测目标与对应的数据分析方法。

3.2 重力流非满管测量需求

对于存在自由水面的非满管管道,需要同时考虑流速、水位和实际断面面积,采用适用的流速—面积法或经过验证的其他测流方法。

3.3 满管承压流测量需求

对泵站出水压力管、倒虹管及其他确认持续满管的管段,可评估电磁流量计、时差式超声流量计等适用技术。

3.4 满管与非满管转换需求

部分雨水干管可能在普通运行时非满管、强降雨期间形成满管。项目应在选型阶段核查实际工况是否跨越设备适用边界。

3.5 管道断面调查需求

应获取实际管道尺寸、断面形状、管底高程、坡度、衬里情况及可能的淤积资料,不能只依靠未经核实的名义管径计算流量。

3.6 污水介质适配需求

应调查液体电导率、悬浮物、气泡、温度、腐蚀性和沉积情况,为电磁及超声测量技术选型提供依据。

3.7 测量直管段需求

对需要较稳定速度剖面的流量计,应核查上游弯头、阀门、泵出口、三通及其他扰动源,并按照实际仪表要求确定安装条件。

3.8 雨天流量测量范围需求

雨水管网测流设备应兼顾低流量、较大峰值流量和流速快速变化,必要时采用适用的多量程或多技术方案。

3.9 污水低流速需求

应核查夜间低流速、低水位和较高固体杂质浓度下的有效测量能力,避免长期出现无法计量的低流量时段。

3.10 方向与逆流需求

对河道顶托、潮汐影响或倒虹管等具有可能逆流的场景,应明确真实方向测量能力,不能仅根据水位差的正负号确定实际流向。

3.11 断网缓存需求

监测终端应根据通信可靠性和数据频次配置必要缓存,确保历史流量数据保留真实采样时间,避免断网恢复后产生重复累计。

3.12 分区水量边界需求

开展水量平衡前,应核实所有重要支管、溢流口、调蓄设施和其他水量交换位置,明确哪些边界被实际计量。

3.13 计量用途分级需求

应区分一般运行趋势监测、排水工程评价和高精度水量核算用途,不同用途对设备校准、现场参考比对和不确定度有不同要求。

3.14 长期维护需求

设备结构应适应污泥、油脂和潮湿环境,安装位置应便于安全检查、清洁、校准及必要更换。

3.15 数据接口需求

系统应能够与已有排水管网GIS、泵站运行系统、雨量监测、水位监测和相关排水模型实现数据关联。

第四章 总体解决方案

4.1 总体技术路线

本项目采用“管网水力工况调查—监测断面选址—测流技术选型—断面测绘与设备安装—流量标定—数据质量控制—累计水量统计—分区分析—异常预警—运维决策”的总体技术路线。

4.2 雨水重力流管网监测方案

对于具有自由水面的雨水管道,采用适用的流速传感器和水位计获取实际速度与水深,结合断面几何参数计算瞬时流量。

监测系统应重点记录降雨开始后的流量上涨过程、峰值流量、峰值发生时间和退水过程。

4.3 污水重力流管网监测方案

对污水检查井和主干管中具有代表性的非满管断面,可配置接触式超声多普勒流速传感器、液位传感器及断面流量计算终端。

设备选型应关注介质中的悬浮物条件、探头淤积、低水位有效性和维护周期。

4.4 非接触式雷达测流方案

对于具有稳定自由水面和良好安装空间的雨污水管渠,可采用雷达表面流速与非接触式水位联合测量。

该方案需要通过现场率定建立表面速度和断面平均速度的换算关系,并明确高充满度与水面散射条件限制。

4.5 满管电磁流量监测方案

在持续满管且液体电导率满足仪表技术要求的管段,可采用电磁流量计直接测量平均流速相关信号并计算体积流量。

电磁流量计特别适用于部分导电性污水和排水压力管,但应关注电极污染、管道未满管以及安装扰动等问题。

4.6 满管超声波流量监测方案

在具有适当管道材料、壁厚、衬里及有效声学条件的满管管段,可采用时差式超声波流量计。

外夹式结构可减少直接开管安装需求,但实际测量性能仍受管材、管壁、声耦合、气泡、流速剖面和安装条件影响。

4.7 多普勒超声流量方案

对具有足够悬浮颗粒或气泡散射条件的介质,可评估适用的多普勒超声测速技术。

其信号有效性与实际介质散射条件密切相关,不能将悬浮物或气泡不足的情况自动视为零流量。

4.8 泵站进出水流量方案

对泵站进水渠、集水池及出水压力管,根据自由水面流或满管承压条件分别配置适用测流方式。

实际出水量应以有效计量结果为准,而非直接使用泵组额定流量乘以运行时间。

4.9 雨污分区流量监测方案

在污水分区出口、重要支管汇集节点及雨水主干管设置代表性流量测点,逐步建立排水分区水量监测网络。

4.10 合流制溢流水量监测方案

对于具有实际溢流设施的合流制系统,按需监测溢流口水位、流量和实际溢流持续时间。

应明确溢流发生的有效水力条件和实际计量边界,不宜仅凭溢流井高水位推算全部溢流水量。

4.11 雨天入流与入渗分析方案

通过污水管网旱天基线、雨天流量过程及降雨时间序列的关联,识别需要进一步调查的异常雨天水量增加。

4.12 平台集中管理方案

建立统一的流量、水位、流速、断面参数和设备健康数据库,并提供监测总览、分区水量分析、报警及历史报告。

第五章 系统架构设计

5.1 系统总体架构

雨污管网流量在线监测系统由流速感知层、水位感知层、断面参数层、流量计算层、终端采集层、通信传输层、数据管理层和业务应用层组成。

5.2 流速感知层

根据测点实际工况选择电磁、时差超声、多普勒超声、雷达表面测速或其他适用测量方式。

5.3 水位感知层

对非满管管渠配置实际水位测量设备,并建立对应水面高程与管底高程关系。

5.4 断面参数层

保存圆管内径、矩形净宽净高、明渠边坡、异形断面曲线及淤积修正参数。

5.5 流量计算层

根据有效测量方式计算瞬时流量。满管专用流量计可使用经过校验的仪表流量输出;非满管系统则依据断面面积和平均流速计算。

5.6 累计量计算层

对有效瞬时流量进行时间积分,并管理正向累计、反向累计及净累计量。

5.7 采集控制层

负责数据采样、时间标记、单位转换、数据质量检查及必要的边缘报警。

5.8 供电与通信层

根据现场条件提供固定供电或经过设计的独立供电,并实现数据远传、缓存及故障诊断。

5.9 时序数据库层

存储原始测量值、计算流量、累计量、设备状态和实际采样时间。

5.10 GIS管网数据层

将监测点与实际雨污水管段、检查井、泵站、溢流口和排水分区关联。

5.11 分区水量分析层

依据实际监测边界开展流量对比、进出水统计、旱天基线及雨天增量分析。

5.12 预警与运维层

对异常流量、高水位、测流失效及设备故障生成事件,并关联运维处置。

5.13 系统数据流程

流速传感器+水位传感器+断面参数 → 数据质量判断 → 平均流速和有效面积计算 → 瞬时流量 → 累计水量 → 分区水量分析 → 异常预警 → 运维管理。

第六章 监测内容与监测方法

6.1 实时瞬时流量监测

测量或计算指定管渠断面的实际体积流量,按需要采用m³/s、m³/h或L/s表示。

6.2 管道流速监测

获取与实际测量原理对应的流速,包括局部流速、表面流速或经过换算的断面平均流速。

6.3 管内水位监测

对非满管管渠测量实际自由水面位置,并换算为管底相对水深或统一工程高程。

6.4 实时过水面积计算

根据实际水位、断面形状及有效几何参数计算过水面积。

6.5 管道充满程度监测

在自由水面测量有效时,根据实际水深和管道内高分析相对充满程度。

6.6 正向累计水量

对经过验证的正向流量进行时间积分,记录正常排水方向累计量。

6.7 反向累计水量

对具备真实双向计量能力的测点,独立记录反向流量累计量。

6.8 净累计水量

根据正向与反向累计量计算净通过水量,明确正负方向定义。

6.9 最大瞬时流量

统计指定监测周期或降雨事件内的最大有效瞬时流量。

6.10 流量变化率

计算单位时间内瞬时流量的变化,分析排水负荷快速增加或下降过程。

6.11 水位变化率

计算水位上涨或下降速度,辅助分析汇流、调蓄和下游顶托。

6.12 流向监测

对支持双向测量的设备输出实际流向,并对近零速度和不确定状态分别标识。

6.13 旱天基础流量

统计污水管网具有可比条件的旱天流量过程,分析不同时段的正常变化规律。

6.14 雨天流量增量

将有效雨天流量与对应旱天参考曲线比较,形成雨天附加水量的分析结果。

6.15 降雨事件累计水量

在定义明确的降雨事件时间窗口内,对有效流量进行积分,形成事件过水总量。

6.16 合流制溢流水量

对于具有可靠溢流测流条件的设施,监测实际溢流量和溢流事件持续时间。

6.17 断面淤积参数

根据现场有效检测结果记录淤积位置、厚度或实际有效断面变化,并更新对应几何模型。

6.18 测量质量状态

记录电磁流量计满管状态、超声信号质量、雷达回波、流速有效性和液位异常等信息。

6.19 主要监测指标汇总

监测指标 单位 获取方式 主要用途
瞬时流量 m³/s、m³/h 流量计或流速—面积计算 管网实际输送量
局部流速 m/s 适用流速探头 局部流态监测
表面流速 m/s 雷达表面测速 非接触式流量换算
断面平均流速 m/s 流量计或率定模型 体积流量计算
管内水位 m 液位传感器 水深及充满度分析
水面高程 m 高程标定与液位换算 上下游水力比较
有效过水面积 m² 水位与断面模型 非满管流量计算
管道内径 mm 现场测绘 圆形断面模型
箱涵净宽、净高 m 现场测绘 矩形断面模型
明渠边坡与底宽 m及无量纲参数 断面调查 梯形断面计算
相对充满程度 % 水深与管道内高 满管转换提示
正向累计量 m³ 正向有效流量积分 排水水量统计
反向累计量 m³ 反向有效流量积分 逆流影响分析
净累计量 m³ 正向量减反向量 净水量核算
流量变化率 m³/h/min等 流量时间序列 负荷变化分析
雨天附加水量 m³ 与旱天基线比较 入流入渗调查线索
断面修正状态 状态 测绘及维护记录 计算参数管理
数据质量 状态 设备及算法诊断 有效性控制

第七章 技术原理与算法模型

7.1 管网流量测量的水力学基础

体积流量表示单位时间内通过指定断面的液体体积,流量测量需要明确测量断面、真实流速分布和实际过水面积。

在断面平均流速vavg与有效面积A确定的条件下:

Q = A × vavg

其中Q为体积流量,单位m³/s;A为过水面积,单位m²;vavg为断面平均流速,单位m/s。

7.2 满管流量计算

对于真实满管且断面为理想圆形的管道:

A = πD²/4

Q = πD²vavg/4

其中D为实际有效内径。若管道存在衬里或内部明显结构变化,应采用有效内径或经过确认的断面参数。

7.3 电磁流量计测量原理

电磁流量计基于电磁感应原理,导电液体在磁场中运动时产生与流速相关的感应电势。仪表通过测量信号及内部标定关系计算体积流量。

其使用前提包括液体电导率满足要求、测量管处于有效满管状态、安装接地及电磁环境适当。

7.4 电磁流量计的低电导率限制

电磁流量计不适合所有液体。对于电导率低于仪表要求的介质,测量信号可能无法达到有效计量条件。

虽然多数城市生活污水具有一定导电性,但特殊工业排水及其他水质情况仍需现场核查。

7.5 超声波时差测流原理

时差式超声流量计通过超声波沿流向和逆流向传播时间的差异获取与液体流速相关的信息。

经过仪表内部的传播路径及速度剖面修正,可计算相应平均流速和体积流量。

7.6 外夹式超声流量技术条件

外夹式设备通过管壁耦合超声信号,减少直接接触管内介质的要求。

但管材、壁厚、衬里、安装间距、声耦合、气泡和固体颗粒等因素均可能影响实际检测质量。

7.7 超声多普勒测流原理

多普勒超声流速检测利用液体内部悬浮颗粒或气泡等散射体的运动信息估算相应流速。

对于污水介质,可以根据实际散射条件评估该技术,但测得速度是否代表断面平均流速仍需结合设备原理及率定结果判断。

7.8 非接触式雷达表面测速

雷达表面流速仪通过运动水面的电磁散射和多普勒信息测量代表性表面速度。

该速度通常不能直接代替整个断面的平均速度,需要通过有效速度剖面关系或现场率定换算。

7.9 表面流速修正

在现场率定关系适用时,可采用简化模型:

vavg = k × vs

其中vs为代表性表面流速,k为经过有效验证的修正系数。

修正系数可能随水深、断面形状、粗糙度和局部流态改变,不应把单个经验系数无条件用于全部管渠。

7.10 非满管液位测量原理

非满管流量计算通常需要实际水位,可采用雷达液位、超声波液位或适用压力水位测量方式。

应明确非接触式距离测量与压力测量的物理意义及对应安装参考基准。

7.11 水面高程换算

对于从固定参考点向下测距的液位设备:

Zw = Zs - d

其中Zs为传感器测量参考点高程,d为至水面的有效垂直距离,Zw为水面高程。

7.12 管底相对水深

设测量断面管底高程为Zb:

h = Zw - Zb

若实际没有可测自由水面,应输出适当的干燥或测量无效状态,而不是简单以负水深计算流量。

7.13 圆形管道非满管过水面积

对于半径为R、水深h满足0≤h≤2R的理想圆形断面:

A(h) = R² arccos[(R-h)/R] - (R-h)√(2Rh-h²)

该公式用于未考虑淤积和变形的圆形断面。若实际底部有明显沉积,应重新构建有效过水面积模型。

7.14 矩形箱涵过水面积

对于净宽为B、有效水深为h的矩形自由水面断面:

A(h) = B × h

当水位达到箱涵顶部、自由水面消失或出现承压流时,应重新评价测量方法和适用计算模型。

7.15 梯形明渠过水面积

对于底宽b、对称边坡系数m和水深h的梯形明渠:

A(h) = (b + mh)h

其中m表示单侧单位竖向高度对应的水平宽度。

7.16 异形排水断面模型

对于卵形、马蹄形、拱形或存在非规则变化的排水管渠,应根据现场有效断面测绘数据建立水位与过水面积的对应关系。

可采用几何积分、离散断面表或其他经过验证的面积计算方法。

7.17 管道充满度计算

在自由水面存在且水深处于有效区间内时:

F = h/D × 100%

其中D为管道有效内高。该指标代表相对水深比例,不等于过水面积比例,也不等于管道剩余输送能力。

7.18 断面平均流速修正模型

非满管超声多普勒流速探头、雷达表面测速及其他局部测速方式,可能需要采用速度修正系数或率定曲线将局部速度换算为断面平均速度。

可表示为:

vavg = f(vmeasured, h, geometry, conditions)

其中geometry为断面参数,conditions为经过验证的流态及测量条件。

7.19 非满管流量计算

在水位、断面和平均流速均有效时:

Q = A(h) × vavg

流量计算单元应保留实际传感器数据、断面模型和速度修正参数,便于结果复核。

7.20 流量计算示例:圆形污水管道

假设某圆形污水重力流管道实际内径D为1.00m,当前水深h为0.40m,经过有效测量与修正的平均流速为0.75m/s。

管道半径R = 0.50m。

根据圆形弓形面积公式:

A ≈ 0.2934m²

则瞬时流量:

Q ≈ 0.2934 × 0.75 = 0.2201m³/s

换算为小时流量:

Q ≈ 792.2m³/h

本示例只说明计算关系,不代表任何实际项目测量结果。

7.21 累计水量积分

对有效瞬时流量Q(t),某时间区间的累计水量为:

V = ∫Q(t)dt

实际数字系统可采用与采样周期及计量要求相匹配的数值积分方法。

7.22 离散累计水量计算

对于分段近似恒定的有效流量:

V ≈ Σ[Qi × Δti]

应统一时间和流量单位,并明确数据缺失时段的处理方式。

7.23 累计水量计算示例

假设某测点在连续两个有效时段内,前2小时平均流量为120m³/h,随后1小时平均流量为180m³/h。

则累计水量:

V = 120 × 2 + 180 × 1 = 420m³

如果其中部分时段测量无效,则不能在不说明估算方法的情况下直接认为全部时段都具有完整计量数据。

7.24 双向流量与净过水量

对经验证具有双向测流能力的断面,规定正常排水方向为正:

Vforward = ∫max[Q(t),0]dt

Vreverse = ∫max[-Q(t),0]dt

Vnet = Vforward - Vreverse

近零速度、复杂回流及不满足方向检测要求的时段应标记为不确定,不得强行计入准确的反向流量。

7.25 流量变化率

在连续有效时间序列中:

RQ = [Q(t2)-Q(t1)]/(t2-t1)

该指标可以描述短时排水流量增长或下降速度。

7.26 降雨与流量响应时间

对于具有有效降雨和流量监测数据的测点,可比较降雨开始、流量上涨和流量峰值的时间关系。

实际响应受到汇水面积、地表产流、管道调蓄及下游条件等因素影响。

7.27 污水旱天流量基线

对具有代表性的无雨运行时段,按工作日、休息日及其他必要工况形成污水流量参考曲线:

Qdry,base(t) = f(time, daytype, operation)

其用途是提供雨天及异常工况的比较基础,而不是规定所有污水管网都具有相同的日变化规律。

7.28 雨天附加流量估算

在实际运行条件具有可比性且数据有效时,可定义:

Qadditional(t) = Qwet(t) - Qdry,base(t)

该差值用于描述相对于旱天基线的附加流量,不应直接认定全部来自管道破损或地下水入渗。

7.29 雨天附加水量积分

在适用的分析窗口内,可对雨天流量与对应旱天基线的差值积分:

Vadditional = ∫[Qwet(t)-Qdry,base(t)]dt

需要说明基线选择、降雨条件、泵站运行和数据质量。必要时应区分正负偏差,避免任意截断导致水量解释失真。

7.30 排水分区水量连续性

对于具有明确边界的排水区段:

dS/dt = Qin + Qlateral - Qout

其中S为区段储水量,Qin为主线上游入流,Qlateral为支管等其他净入流,Qout为下游出流。

不能仅将上游与下游瞬时流量之差直接解释为管道泄漏,因为支管汇流、储水量变化和测量误差都会影响结果。

7.31 非恒定流与下游顶托

强降雨期间,排水管渠可能呈现明显非恒定流状态。下游河道高水位、潮位或泵站运行变化还可能形成回水影响。

在这些条件下,单一水位—流量经验关系可能失效,应优先采用具有相应实际测流能力的设备或经验证的水力模型。

7.32 满管转换检测

对于原本处于非满管运行的管道,水位接近管顶时应检查是否仍具有有效自由水面及测量空间。

当实际形成承压流时,普通非接触式表面测速及部分非满管测速技术可能不再适用,系统应标记流态转换与测量能力变化。

7.33 淤积对过水面积的影响

底部泥砂沉积、管道衬里修复和局部变形可能改变有效过水断面。

当断面条件发生明显变化时,应根据现场测绘结果更新面积模型,并根据需要重新验证测速修正关系。

7.34 计量不确定度分析

流量综合不确定度可能来自流速传感器误差、水位误差、断面参数误差、速度分布修正和实际流态变化。

对于依据Q=A×vavg计算的流量,应对面积和平均流速两部分的测量误差及其相关性开展适用评价。

7.35 数据有效性控制

当流量传感器失效、非满管流速探头被淤积覆盖、液位进入盲区或累计量时间戳不可靠时,系统应独立标记结果质量。

数据无效不等于实际流量为零。

第八章 系统功能设计

8.1 雨污管网实时流量监测

集中采集并展示各流量测点的有效瞬时流量、方向和更新时间。

8.2 流速实时监测

展示局部、表面或平均流速,并标注实际测速方式及物理意义。

8.3 管内水位监测

对非满管测点记录当前水深、水位高程及变化趋势。

8.4 断面参数自动调用

按照测点编号调用当前有效的管径、宽度、边坡和面积计算关系。

8.5 瞬时流量自动计算

依据有效测量数据和当前率定参数计算瞬时流量。

8.6 正向累计量统计

独立统计正常排水方向的有效累计水量。

8.7 反向累计量统计

对支持双向计量的测点统计反向过水量。

8.8 净累计量计算

计算指定周期内的净通过水量,并明确累计量的实际有效覆盖时间。

8.9 流量历史曲线

展示分钟、小时、日及其他时间尺度的流量变化。

8.10 流速与水位联合曲线

在统一时间轴中对比流速、水位和瞬时流量变化。

8.11 雨天流量事件管理

记录降雨期间的流量峰值、累计量和退水过程。

8.12 污水旱天流量分析

形成典型旱天日变化曲线,并允许按照实际运行情况更新基线。

8.13 雨天附加水量分析

根据雨天流量及旱天参考曲线形成附加水量分析结果。

8.14 雨污分区流量统计

按照实际排水分区和管网拓扑汇总主要测点流量及累计水量。

8.15 合流制溢流监测

对具有实际溢流监测条件的设施记录事件时间、溢流量及持续时长。

8.16 管网满管状态识别

在有效自由水面测量条件下,判断水位是否接近管顶并提示可能的测量工况变化。

8.17 流向异常识别

对经验证具有双向测流能力的设备记录流向反转及持续时间。

8.18 断面参数版本管理

保存管道改造、清淤、重新测绘及参数调整前后的模型版本。

8.19 流量计健康管理

监测电磁测量状态、超声信号质量、流速探头故障和通信供电信息。

8.20 异常预警与工单

对异常流量、高水位、逆流和测流失效生成事件,并关联现场检查及处理记录。

8.21 报表及数据导出

支持流量、流速、水位、断面参数、累计水量及数据质量的历史查询和报表输出。

第九章 硬件组成与配置方案

9.1 硬件配置总体原则

根据雨水、污水、合流制及具体管段流态进行技术选型,优先满足测量有效性、实际安装安全、维护便利性和数据可追溯要求。

9.2 满管电磁流量计

用于符合导电性与满管条件的排水压力管或其他适用管段,输出有效瞬时流量和累计量。

9.3 外夹式超声流量计

用于具有适当管材、壁厚和声学传播条件的满管管段,减少直接接触管内介质的要求。

9.4 插入式或管段式超声流量设备

根据实际测量条件选择适用超声技术,并考虑安装结构、声学传播路径及计量要求。

9.5 非满管多普勒流速传感器

用于具有有效散射条件的非满管污水或雨水管渠,配合水位及断面模型计算流量。

9.6 雷达表面流速传感器

用于具有有效自由水面的测量断面,通过表面流速与断面平均流速率定关系实现流量计算。

9.7 雷达液位计

用于非接触式测量管渠水面位置,需核查波束、盲区及井内反射条件。

9.8 超声波液位计

在具有适用声学条件时用于非接触水位测量,并按设备要求进行温度补偿。

9.9 静压式水位传感器

在具备有效固定和介质适配条件时,用于获取非满管管渠或井室水位。

9.10 断面流量计算终端

负责断面面积计算、局部流速修正、瞬时流量输出及累计水量积分。

9.11 工业数据采集终端

负责传感器数据读取、时间管理、质量检查和必要的现场事件处理。

9.12 工业通信模块

根据井下或地面安装条件选择适用通信方式,并支持故障及数据更新状态管理。

9.13 电源与备用供电模块

根据实际测点是否具有市电、设备功耗及必要连续运行时长配置供电系统。

9.14 设备防护与安装组件

针对井内高湿、污水腐蚀、可能浸水和机械冲击条件选择适用防护及固定结构。

9.15 断面测绘与流量率定设备

在工程实施及运行维护阶段采用适用测绘和参考测流方法,确认断面参数及综合流量准确度。

9.16 核心硬件清单

序号 设备名称 主要功能 配置场景
1 管段式电磁流量计 满管导电介质流量计量 泵站出水管、排水压力管
2 外夹式超声流量计 满管超声流量监测 适用管材的压力管
3 超声多普勒流速探头 非满管局部流速 污水及适用雨水管渠
4 雷达表面流速仪 非接触水面测速 具有有效自由水面的断面
5 雷达液位计 非接触水位测量 检查井、箱涵、渠道
6 超声波液位计 非接触水位测量 声学环境适宜的测点
7 静压水位计 水柱压力测量 适用接触式液位测点
8 断面计算模块 水位—面积换算 非满管流量监测
9 流速修正模块 计算断面平均流速 局部或表面测速方案
10 智能采集终端 数据采集、质量与报警管理 核心配置
11 通信模块 数据远传及设备状态 核心配置
12 供电模块 现场设备供电 按测点配置
13 本地数据存储 断网缓存和事件记录 按可靠性要求配置
14 防护箱与安装支架 设备固定及环境保护 基础配置
15 雨量数据接口 雨天流量分析 雨水与污水分区选配
16 泵站数据接口 泵组与流量关联 泵站影响区选配
17 断面测绘资料 实际过水几何参数 非满管方案必需
18 参考流量率定装置 现场比对与验证 实施及专项维护阶段

9.17 典型工况设备选型表

管网工况 可评估测量技术 主要约束条件
持续满管导电污水压力管 电磁流量计 满管、电导率、安装条件
持续满管且声学条件适宜的管道 时差式超声流量计 管材、壁厚、声耦合、气泡及流态
非满管污水重力流管道 适用多普勒流速+液位 悬浮物、探头状态、断面模型
有自由水面的雨水管道 流速—液位联合测量 流速代表性、最低水深和面积模型
较大排水箱涵 多点表面测速+液位 横向及垂向速度分布
排水明渠 适用流速—面积法 断面测绘及现场率定
频繁由非满管转为满管的管段 按实际工况设计复合测量方案 必须验证各工况测量覆盖能力

第十章 核心设备参数

10.1 技术参数选型说明

下列参数为工程前期设计可参考的量程、性能等级或需核查的技术项目,不代表某一具体产品已验证性能。最终指标应根据实际管道、流态和计量用途确定。

10.2 核心设备技术参数表

技术指标 参考选型要求 技术说明
电磁流量计适用介质 符合电导率要求的导电液体 应保证有效满管
电磁流量计流速范围 可评估0.1~10m/s等规格 按实际仪表性能及工况选型
电磁流量计准确度 可评估±0.5%~±1.0%读数等等级 以实际标定及安装条件为准
时差超声适用管径 按管材、壁厚及设备规格确定 不能仅依据公称管径选型
时差超声测量准确度 按实际安装和标定条件验证 外夹式与管段式需分别评价
非满管流速范围 按最低与最高实际流速确定 重点验证低流速信号有效性
雷达表面流速范围 可评估0.1~10m/s等规格 需有效自由水面散射
流速换算关系 现场率定系数或适用曲线 不应随意套用统一系数
雷达液位量程 参考0~3m、0~5m、0~10m等 按实际测距与水位确定
雷达液位准确度 可评估±5~10mm等级 系统误差还包括高程标定
超声液位准确度 可评估±0.25%FS~±0.5%FS等级 核查温度补偿与盲区
静压液位准确度 可评估±0.1%FS~±0.5%FS等级 关注气压、密度及温度影响
非满管最小有效水深 根据设备及现场验证确定 与液位测量分辨率不同
断面参数 实际内径、净宽、净高、边坡等 应保留测绘依据
瞬时流量单位 m³/s、m³/h、L/s 支持准确单位换算
累计水量 m³ 按有效流量积分
流向检测 单向或双向 根据实际管段风险选择
常规采样周期 可评估30~300s 按流量变化与管理要求确定
强降雨采样周期 可评估5~30s 核算供电和通信负荷
断网缓存 满足项目规定的有效数据保存时长 保留真实时间戳
流量综合准确度 通过现场参考测流和不确定度评价确定 不能只引用传感器速度精度
供电方式 固定供电或经设计的独立电源 按功耗与维护周期配置
设备防护 按雨淋、污水、高湿和浸水风险确定 包含外壳与连接部件
健康诊断 满管状态、测速质量、液位、供电、通信 按设备实际功能配置

10.3 满管条件确认

对满管流量计,应依据实际安装位置、管网水力状态和设备诊断功能确认测量管保持有效充满。

10.4 非满管流速准确度

局部流速或表面速度传感器的标称精度不等同于全断面流量精度,还需要评价速度修正关系及有效断面面积。

10.5 低流量计量能力

针对污水夜间低流量和雨水管道初始汇流,应关注设备最小有效速度和实际测量信号质量。

10.6 高峰流量计量能力

对于强降雨期间的高流量工况,应确认设备量程、采样响应和满管转换适用性。

10.7 断面参数精度

管径、底宽、净高、实际管底高程和淤积变化均会影响面积计算,测量精度应与项目计量用途匹配。

10.8 累计量可靠性

累计量统计应避免断网补传重复计量、无效时段误计零流量及设备复位造成的累计量错误。

10.9 双向流量能力

对于可能发生逆流的测点,应验证对应仪表在真实流态条件下的双向测量能力,而非仅依据设备软件存在负值显示功能。

第十一章 软件平台与数据展示

11.1 雨污管网流量监测总览

集中展示雨水、污水和合流制监测站点数量、实时流量、累计水量、异常事件及设备健康状态。

11.2 GIS雨污管网流量地图

将流量测点与排水管道、检查井、泵站、溢流口及分区范围关联,展示空间分布与实时运行信息。

11.3 实时瞬时流量展示

显示当前有效流量、测量方向、单位和数据更新时间。

11.4 实时流速展示

展示实际速度数据,并区分局部流速、表面流速和断面平均流速。

11.5 水位及充满度展示

对非满管测点显示当前水深、水位高程和相对充满程度。

11.6 累计水量统计界面

提供小时、日、月、年度及自定义时间范围的累计过水量查询。

11.7 正向与反向累计量

对支持双向计量的测点分别显示正向、反向和净累计水量。

11.8 雨水管网流量过程线

将降雨过程与对应雨水干管流量曲线关联,展示汇流增长与退水阶段。

11.9 污水管网日变化曲线

展示典型旱天污水流量周期变化,为运行基线分析提供直观依据。

11.10 雨天污水附加水量专题

对比雨天流量和旱天参考曲线,展示附加流量及对应统计水量。

11.11 合流制管网监测专题

按实际监测配置展示合流制管网流量、调蓄状态及有效溢流水量。

11.12 分区流量平衡界面

展示具有明确监测边界的排水分区主要入流、出流及其他已知水量变化。

11.13 流量与水位关联图

在同一图表中显示流量和水位变化,辅助分析高水位、顶托及其他运行状态。

11.14 断面参数管理界面

展示当前有效断面尺寸、面积模型、传感器安装高程及历史参数版本。

11.15 测量质量专题

显示传感器有效性、超量程、满管状态异常、液位失效及其他设备质量信息。

11.16 设备运行维护界面

管理流量计校准、传感器清洁、断面复测及设备故障处理记录。

11.17 历史事件报告

支持输出降雨事件流量、污水旱天基线、累计水量和典型异常工况的分析报告。

第十二章 数据分析与智能应用

12.1 雨水管网降雨径流响应分析

对降雨量、雨水管流量、水位和流量峰值时间进行联合分析,辅助了解典型排水分区的汇流响应。

12.2 污水管网日变化规律识别

通过长期有效数据识别工作日、休息日及不同时段的正常流量特征。

12.3 旱天基础流量分析

利用具有代表性的旱天数据建立参考流量过程,为雨天对比提供基础。

12.4 雨天污水流量异常增量分析

根据降雨期间实际污水流量与可比旱天曲线的差异,筛选可能存在雨天异常入流的分区。

12.5 雨污混接调查辅助分析

当污水管网流量与降雨出现异常强关联时,可形成雨污混接调查线索。

但实际流量变化也可能与地下水入渗、泵站调度及其他运行因素有关,不能仅凭相关性确认具体混接点。

12.6 地下水入渗辅助分析

当污水管网在长期无雨或高地下水位条件下出现异常基础流量,可结合相关资料开展入渗风险调查。

流量监测可以提供线索,但不能仅凭夜间基础流量准确确定地下水实际入渗量。

12.7 排水分区进出水平衡分析

在明确支管、调蓄、溢流及其他水量边界后,对进出水量和区段储水量变化进行分析。

12.8 污水主干管负荷分析

对污水主干管的流量峰值、日累计水量及长期变化进行统计,辅助识别高负荷运行区段。

12.9 雨水管道峰值输送能力分析

将有效测量流量与实际排水设计及水力模型结果比较,为雨水管道能力评价提供参考。

12.10 合流制溢流过程分析

对具有实际计量条件的合流制溢流设施,分析溢流频次、持续时间和有效累计溢流水量。

12.11 泵站运行与流量关联分析

结合实际流量计结果、泵组运行台数、泵组启停和集水池水位,研究不同运行工况下的排水过程。

12.12 下游顶托与逆流分析

在具备有效双向流量及上下游水位监测条件时,分析下游高水位影响和实际流向变化。

12.13 低流速沉积风险辅助分析

对长期低流速管段,结合坡度、介质固体含量和专业检查资料研究可能的沉积风险。

不能仅凭低流速数据直接确认管道已经淤积或堵塞。

12.14 排水异常峰值识别

比较实际流量峰值与对应工况下的参考范围,筛选需要进一步核查的排水事件。

12.15 管道断面变化影响分析

对清淤、衬里修复或管道改造前后的断面参数进行管理,并分析其对流量计算结果的影响。

12.16 短时流量预测

在积累足够的降雨、流量和运行数据后,可建立适用的短时预测模型,并对预测误差及适用条件进行验证。

12.17 排水水力模型校核

利用实测流量和水位过程校核管网模型中的汇水、输送、调蓄及边界条件。

可参考适用的非恒定流排水水力模型,但实际模拟准确性仍取决于管网几何、降雨、入流和运行参数。

12.18 数据异常识别

通过流速失效、液位异常、流量跳变、满管状态变化和数据过期等信息识别测量质量问题。

12.19 测量结果可信度分析

不同流量计的实际准确度应结合工况和现场参考比对评价,不能简单将所有设备结果视为相同计量等级。

12.20 智能分析应用边界

雨污管网流量监测能够提供实际水量变化信息,但不能单独确定雨污混接位置、污水来源、地下水入渗路径或管道泄漏原因。相关结论需要专业调查和其他监测证据支持。

第十三章 预警机制与决策支撑

13.1 预警机制总体设计

系统根据有效流量、流速、水位、流向、累计水量和设备状态建立分类预警,并按雨水、污水及合流制场景设置不同的分析规则。

13.2 大流量运行预警

当测点流量达到对应管段经过分析确定的关注控制值时,生成高流量运行提示。

13.3 流量快速上涨预警

当有效流量变化率超过合理工况范围时,形成快速汇流或异常负荷变化事件。

13.4 流量异常下降预警

对与实际来水及运行条件明显不符的流量下降,提示检查流量计状态、泵站运行和管网水力条件。

13.5 污水旱天异常流量预警

当污水流量长期偏离可比旱天基线时,可生成异常基础流量提示。

13.6 雨天污水异常增量预警

当污水管网雨天附加流量持续明显高于合理参考范围时,形成雨天异常入流调查提示。

13.7 管道高充满度预警

对非满管管渠,在自由水面仍然有效的条件下识别水位接近管顶的状态。

13.8 满管转换与测量失效预警

当非满管测流设备进入不适用的满管承压工况时,应标记测量能力变化,并根据项目风险设置相应提示。

13.9 反向流量预警

在具有可靠双向计量能力的测点,当实际检测到反向流量且满足异常条件时,生成逆流事件。

13.10 合流制溢流事件预警

对具备实际溢流监测的设施,记录溢流发生、持续及解除状态。

13.11 分区水量异常提示

对具有明确计量边界的排水分区,分析进出水与储水量变化的异常偏差。

13.12 传感器故障预警

对电磁测量异常、超声信号不足、雷达回波失效和液位探头故障进行独立报警。

13.13 数据过期与通信失联预警

当平台未收到有效实时数据时,应明确标记数据不可用,不能将历史流量自动显示为当前流量。

13.14 一级运行关注

当监测指标出现一般波动或轻微偏离基线时,加强数据观察并记录事件。

13.15 二级异常复核

当流量、水位或累计量出现持续异常时,开展数据质量及运行工况核查。

13.16 三级重点运行风险

当高流量、高水位或异常逆流等信息表明重要排水设施可能存在较大运行风险时,安排专业现场调查。

13.17 四级重大排水险情

当现场存在明确危及公共安全的排水险情时,按照批准的应急预案采取处置措施。

13.18 阈值设置原则

流量及流速报警条件应根据实际管径、设计工况、历史数据和现场风险确定,不宜把一个固定流量值用于不同尺寸和不同用途的排水管道。

13.19 预警恢复机制

采用有效数据恢复、必要持续时间及合理解除回差,减少测量噪声导致的频繁重复报警。

13.20 监测与控制安全边界

流量监测可为泵站调度和闸门控制提供数据,但实际自动控制应采用经过专业设计、验证和授权的控制逻辑,并考虑设备故障和通信中断等工况。

13.21 异常处置流程

监测异常 → 数据质量检查 → 满管或非满管工况确认 → 断面参数核查 → 关联降雨和泵站信息 → 风险等级判断 → 现场检查 → 运维处置 → 结果归档。

第十四章 项目实施方案

14.1 项目基础资料收集

收集雨污管网图纸、管径、断面形状、管底高程、管网拓扑、泵站资料、降雨数据和历史运行记录。

14.2 排水分区划分

根据雨水汇水范围、污水服务范围和实际管网连接关系,划分需要独立分析的排水分区。

14.3 重点计量断面筛选

优先选择重要雨水主干管、污水分区出口、污水主干管、泵站进出水和合流制溢流设施等位置。

14.4 现场流态调查

调查旱天、雨天及其他代表性工况下是否满管,是否存在明显回水、气泡、沉积、回流和其他可能影响测量的情况。

14.5 测流设备选型

根据流态、介质、断面、直管段和实际计量用途,确定适用的电磁、超声或流速—液位联合测量方案。

14.6 断面几何测量

确认有效管径、净宽、净高、渠道边坡、断面不规则变化及其他实际几何参数。

14.7 管底与液位基准标定

对非满管测点建立传感器参考高程、管底高程和实际水位之间的对应关系。

14.8 电磁流量计安装

按照实际仪表要求确认测量管保持有效满管,并核查管道连接、接地、电极方向及上游下游安装条件。

14.9 外夹式超声流量计安装

核查管道壁厚、材料、衬里和有效声学传播条件,按设备要求完成安装间距与耦合设置。

14.10 非满管流速传感器安装

根据实际流态选择适当位置固定流速探头,避免明显影响过流和后期清淤。

14.11 非接触雷达测流安装

将雷达测速装置安装于具有有效水面观测条件的安全位置,确认测速方向、波束和最低有效水位。

14.12 液位传感器安装

根据井室和断面条件安装雷达、超声或静压水位设备,核查零点、盲区及高水位测量能力。

14.13 断面流量模型配置

录入实际断面参数、水位—面积关系及适用的速度修正模型。

14.14 流量现场率定

根据实际计量要求采用适当参考测流方法,在具有代表性的流速和水位工况下验证测量结果。

14.15 低流量工况验证

检查污水夜间低流量、雨水初始汇流或其他低速度条件下的测量能力。

14.16 高流量工况验证

核查接近设备量程上限、较高水位和可能满管转换时的测量质量。

14.17 双向流量验证

对需要逆流监测的设备,在安全及有效的条件下验证方向标记、流量符号及累计量计算。

14.18 累计水量验证

检查积分逻辑、时间戳、数据缺失处理和断网补传后的累计量一致性。

14.19 GIS与分区配置

将测点映射至正确管段、检查井、泵站和排水分区,并核实上游下游关系。

14.20 平台功能联调

检查流量、流速、水位、断面、累计量、设备状态和历史报告等功能。

14.21 试运行

在具有代表性的旱天与雨天周期中观察测量稳定性、数据有效率、流量变化和设备维护需求。

14.22 项目验收

验收项目 主要内容
监测场景 测量技术与满管/非满管工况匹配
设备安装 安装结构、直管段及实际介质适配
断面资料 实际几何测绘及高程基准
瞬时流量 测量计算及参考流量比对
流速测量 实际速度物理意义与有效性
液位测量 量程、准确度和盲区
累计水量 时间积分与缺失数据处理
双向计量 方向标记与反向量计算
分区管理 管网拓扑及实际计量边界
数据质量 满管状态、测速质量及设备故障
通信供电 现场稳定运行及异常恢复
平台应用 GIS、曲线、报表及预警

14.23 安全施工要求

涉及检查井、箱涵及其他有限空间的安装维护,应执行适用的安全技术要求,做好作业审批、气体检测、通风、现场监护和应急准备。

第十五章 运维服务保障

15.1 运行维护总体要求

将传感器测量有效性、断面参数准确性、供电通信状态和历史流量质量纳入统一运维体系。

15.2 电磁流量计维护

检查电极污染、测量管充满状态、接地及相应设备诊断信息。

15.3 超声流量计维护

检查超声信号质量、外夹探头耦合、固定状态及声学传播条件。

15.4 非满管测速探头维护

定期检查污泥、油脂及其他附着物对测速探头的影响,并按实际需要清洁。

15.5 非接触式雷达维护

检查雷达安装角度、探头表面、测速回波及水面观测空间。

15.6 液位传感器维护

检查液位零点、回波、凝露、压力补偿或其他对应技术问题。

15.7 断面参数复测

在管道清淤、衬里修复、结构改造或发现明显淤积后,核查实际断面变化。

15.8 流量率定关系维护

根据参考测流结果和实际流态变化,评估原有流速修正系数及模型是否仍然适用。

15.9 低流量数据质量检查

关注污水夜间低流速测量是否长期有效,避免低速失效造成累计水量系统性偏差。

15.10 强降雨测量质量检查

关注高流量和满管转换期间的传感器有效性与设备运行安全。

15.11 累计量完整性检查

定期检查数据缺失、设备复位和补传是否影响历史累计量。

15.12 分区资料维护

当管网改线、新增支管、泵站调整或排水分区边界变化时,应更新对应统计结构。

15.13 通信与供电维护

检查通信质量、电源状态、设备在线和必要缓存数据。

15.14 汛前专项检查

在汛期前完成重要雨水监测点的流量、液位、设备防护及报警测试。

15.15 汛后数据复盘

整理典型降雨事件的流量峰值、累计量、满管状态及数据质量。

15.16 运维资料归档

保存安装测绘、校准、维护、断面变化、参数版本和历史报警记录。

第十六章 项目优势与方案价值

16.1 雨污管网一体化监测优势

可根据不同管网用途及流态统一管理流量、流速和水位,形成完整的雨污水量运行信息体系。

16.2 多技术适配优势

根据实际工况组合电磁、超声和流速—液位联合测量,提高技术选型的针对性。

16.3 分区水量监测价值

通过分区出口及重要汇入节点的计量,可以逐步掌握不同区域的实际水量变化。

16.4 雨天异常入流调查价值

通过污水旱天基线与雨天流量差异,为雨污混接和入流入渗专项调查提供量化线索。

16.5 排水防涝监测价值

利用雨水管流量峰值、累计水量和水位过程,辅助研究排水系统对降雨的实际响应。

16.6 合流制运行评价价值

通过合流制主干管及溢流设施的适用监测,为溢流过程和调蓄运行研究提供数据。

16.7 管网运行维护价值

流量与水位长期变化可以为管道检查、清淤和设施改造提供客观依据。

16.8 测量质量可追溯优势

保存流量测量方式、断面模型、率定关系和实际数据质量,提高数据使用的可靠性。

16.9 技术限制说明

流量监测不能直接确定排水污染物浓度、雨污混接点位置或所有管道结构缺陷。对复杂流态或不满足测流条件的管段,需要采取适用的专项测量措施。

第十七章 应用场景

17.1 城市雨水主干管

监测降雨汇流期间的瞬时流量、水位及累计过水量,为排水能力分析提供资料。

17.2 市政污水主干管

连续获取污水干管的实际流量和水位,分析日变化及高负荷运行情况。

17.3 雨污分流制管网

分别监测雨水与污水管网重要断面,形成独立流量记录并支持运行对比。

17.4 雨污合流制管网

监测旱天基础流量、雨天峰值及必要的溢流和调蓄水量。

17.5 城市污水分区出口

在具有明确计量边界的位置开展污水分区流量统计。

17.6 工业园区污水管网

根据介质与管网条件选择适用测流设备,记录实际污水输送过程。

17.7 排水泵站进水渠道

对具有自由水面的进水渠道采用适用非满管流量监测方法。

17.8 排水泵站出水压力管

在满足满管条件时采用电磁或超声流量计,获取真实泵送水量。

17.9 污水提升泵站

将流量、集水池水位和泵组运行状态关联,辅助评价设备运行工况。

17.10 城市排水箱涵

通过合适的流速与液位测量方式,监测箱涵实际过水量。

17.11 城市雨水明渠

根据实际断面和流速条件采用适用流速—面积法。

17.12 合流制溢流设施

在具有有效测量条件的溢流口记录溢流发生时间、持续时长和累计水量。

17.13 雨水调蓄设施进出口

分别监测进水和出水流量,辅助了解调蓄设施实际运行过程。

17.14 城市河道排放口

对具有适当安装和测流条件的排放口开展流量监测,并按需考虑下游水位影响。

17.15 潮汐顶托影响区

选用适当双向测流技术,监测潮位变化条件下的正向和反向过水过程。

17.16 老城区污水管网

通过重点流量监测,为老城区污水异常入流调查和运行维护提供资料。

17.17 雨污混接专项调查区域

对具有明确管网拓扑的排水分区布设流量监测,分析雨天污水异常增量。

17.18 排水管网改造评价区

在清淤、扩容和系统改造区域设置监测点,对比具有可比工况的治理前后水量过程。

第十八章 效益分析

18.1 排水流量连续监测效益

通过连续测量真实流量、水位及流速,提高城市雨污管网运行状态的可观测性。

18.2 雨污分区管理效益

利用分区流量和累计水量,形成更加明确的区域输送规模和运行变化记录。

18.3 污水异常入流调查效益

通过旱天与雨天流量比较,可以辅助识别需要进一步调查的污水分区。

18.4 排水防涝管理效益

雨水管网流量峰值及高水位数据可为防涝设施运行评价和治理方案研究提供基础。

18.5 泵站运行管理效益

实际流量与泵组运行状态联合分析,有助于提高泵站排水过程的可解释性。

18.6 管网水力模型校核效益

实测流量和水位过程可用于排水水力模型校核,提高模型与实际运行条件之间的一致性。

18.7 管道改造效果评价效益

在具有可比条件的情况下,可以通过治理前后流量及水位变化评价部分工程措施的运行效果。

18.8 数据资产积累效益

长期保存监测断面、测量参数、历史流量和设备维护记录,形成具有工程意义的排水运行数据库。

18.9 投资成本分析

建设投资应考虑流量计、传感器、断面测绘、施工、通信、电源及软件平台等费用。

18.10 运行维护成本分析

应综合设备校准、传感器清洁、更换、井内安全作业和现场复测等长期费用。

18.11 经济效益评价原则

项目经济效益应基于真实投入、运行管理改善和经过验证的实际成果进行评价。

18.12 效益评价限制

在缺少实际工程数据时,不应承诺固定的水量计量准确率、运维成本降低比例、雨污混接识别率或投资回收周期。

第十九章 标准规范与政策依据

19.1 GB 55027-2022《城乡排水工程项目规范》

该规范自2022年10月1日起实施,属于强制性工程建设规范,相关城乡排水工程应执行其适用要求。

19.2 GB 50014-2021《室外排水设计标准》

该标准自2021年10月1日起实施,可为排水管道、雨污水系统和相关水力分析提供工程设计参考。

对于已被GB 55027-2022替代的相关原强制性条文,应遵守现行强制性工程建设规范。

19.3 CJJ 68-2016《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》

可为城镇排水管渠及泵站运行维护提供技术参考,涉及监测设备安装和维护时应与适用的现行强制性要求协调使用。

19.4 GB 51222-2017《城镇内涝防治技术规范》

该规范涉及城镇内涝防治相关技术,可为雨水管网流量与城市防涝系统的工程关联提供参考。

19.5 CJJ 181-2012《城镇排水管道检测与评估技术规程》

可为排水管道结构与功能状况检查、淤积调查和其他专业检测提供相关技术依据。实际使用应核查适用条款及现行状态。

19.6 GB/T 41368-2022《水文自动测报系统技术规范》

可为适用的水文数据采集、传输和自动监测系统提供技术参考。

19.7 ISO 748:2021

Hydrometry — Measurement of liquid flow in open channels — Velocity area methods using point velocity measurements。

该国际标准涉及明渠流速—面积法及相关点流速测量,可为适用的开放式排水通道测流技术提供参考。

19.8 GB/T 4208-2017《外壳防护等级(IP代码)》

可为相关电气设备的外壳防护能力评价提供依据,实际使用应结合适用的修改单。

19.9 GB 46768-2025《有限空间作业安全技术规范》

该标准自2026年5月1日起实施。涉及适用范围内的排水井、箱涵和地下排水设施作业时,应执行相应安全技术要求。

19.10 雨污分流与排水设施管理政策

雨污管网流量监测可为雨污分流、排水设施运行管理和城市内涝治理等相关工作提供监测数据。

具体项目应结合当地现行排水管理规定、建设要求和实际工程任务确定政策依据。

19.11 流量计量和校准要求

应根据流量计类型、实际计量用途和适用技术要求开展出厂校准、现场比对及必要的周期复核。

19.12 标准适用原则

满管电磁流量、超声流量、非满管流速—面积法和明渠测流属于不同技术类型,应采用适合其测量原理及工程用途的标准与校准方法,不能将某一种仪表的性能指标直接用于全部测流方案。

第二十章 成功案例

20.1 案例真实性说明

本方案未取得能够公开核验的实际项目名称、原始流量数据、完整率定资料和工程验收文件。

因此,本章不虚构已实施的成功案例。以下均为原创工程应用推演,用于说明不同雨污管网流量监测场景的设备配置、计算方法和应用思路,不代表真实工程业绩。

20.2 应用推演一:污水主干管非满管流量监测

(1)场景设定

假设某城市污水主干管日常处于重力流非满管状态。

(2)设备配置

根据污水介质和流态选择适用的超声多普勒流速传感器及液位计。

(3)断面测绘

通过现场测量获取实际内径、管底高程和必要的淤积信息。

(4)流量计算

通过有效水深计算过水面积,并采用实际适用的流速修正关系计算流量。

(5)历史分析

形成典型旱天流量日变化曲线和累计水量统计。

(6)数据质量

检查污泥附着、低流速信号和液位测量状态。

(7)预期价值

为污水主干管实际输送水量及运行规律分析提供数据基础。

20.3 应用推演二:污水泵站满管流量监测

(1)场景设定

假设某污水提升泵站出水管持续处于满管承压状态,介质电导率满足适用电磁流量计要求。

(2)设备配置

选择与实际有效管径及流量范围匹配的电磁流量计。

(3)安装条件

核查满管、接地及实际直管段等要求。

(4)假设参数

假设实际管道内径D = 0.40m,断面平均流速vavg = 0.90m/s。

(5)过水面积

A = π × 0.40²/4 ≈ 0.1257m²

(6)瞬时流量

Q ≈ 0.1257 × 0.90 = 0.1131m³/s

折合约407.2m³/h。

(7)结果解释

上述仅为满管流量关系的假设计算,实际项目应以仪表有效计量和现场验证结果为准。

20.4 应用推演三:污水管网雨天异常入流调查

(1)场景设定

假设某污水分区出口设置了有效流量监测设备,并可获取区域代表性降雨数据。

(2)旱天监测

采集具有代表性的旱天流量,形成按时段区分的正常参考曲线。

(3)雨天监测

记录降雨期间的实际污水流量和累计水量。

(4)附加流量分析

将雨天流量与对应旱天基线比较,获得雨天附加流量时间序列。

(5)风险调查

对于附加水量明显的分区,可进一步调查雨污混接、地下水入渗或其他入流来源。

(6)技术限制

雨天附加流量不能单独证明具体混接位置或准确区分各种入流成因。

(7)预期价值

为污水管网异常入流治理提供量化调查线索。

20.5 应用推演四:雨水干管降雨流量过程监测

(1)场景设定

假设某城市雨水干管在普通降雨期间具有有效自由水面,强降雨时可能出现高充满度。

(2)监测配置

选择与实际工况匹配的流速与液位联合测量方式,并接入有效雨量数据。

(3)监测内容

记录降雨量、管内水位、瞬时流量、峰值时间及事件累计水量。

(4)异常工况识别

当管内水位接近管顶、流速测量进入不适用范围时,标记相应数据质量状态。

(5)峰值分析

通过有效流量时间序列确定降雨事件中的最大瞬时流量。

(6)退水分析

分析降雨结束后流量及水位逐渐恢复的过程。

(7)预期价值

为雨水干管流量过程监测和排水能力评价提供基础数据。

20.6 应用推演五:雨污合流制溢流水量监测

(1)场景设定

假设某合流制排水系统配置了主干管、调蓄设施和溢流口。

(2)监测边界

明确进入系统的污水及降雨径流、进入调蓄设施的水量和实际溢流排放位置。

(3)设备配置

在具有适用计量条件的主干管和溢流设施上分别配置相应流量或液位监测。

(4)事件识别

依据实际溢流设施状态和有效流量监测记录溢流事件。

(5)累计量计算

对实际溢流时段的有效流量进行积分,形成事件累计溢流水量。

(6)技术限制

若部分溢流通道未安装有效流量计,或者实际水量边界不完整,则不能声称已经准确测得整个系统的总溢流水量。

(7)预期价值

为合流制管网及调蓄设施运行评价提供水量数据。

20.7 应用推演六:排水管网分区水量平衡

(1)场景设定

假设某污水分区有一个主要上游入流断面、一个下游出流断面和若干支管。

(2)数据要求

首先确认全部重要水量输入输出位置及管段储水量变化。

(3)假设工况

假设在某统计时段内,上游有效累计入流为1000m³,已测支管净入流为200m³,下游有效累计出流为1150m³。

(4)水量计算

在其他边界可以忽略的假设下:

ΔS = 1000 + 200 - 1150 = 50m³

(5)结果解释

理论上该统计周期内系统储水量增加50m³。

(6)技术限制

如果存在未计量支管、溢流、漏失或测量偏差,则上述差值还包含这些因素的影响,不能直接将50m³解释为真实储水量。

(7)预期价值

说明分区水量平衡必须建立在明确水量边界和实际有效测量基础上。

20.8 实际成功案例发布要求

正式发布真实工程案例,应提供测点位置、实际流态、设备配置、断面参数、现场率定、原始监测数据、历史流量统计及工程验收资料。

没有真实工程资料时,不应虚构项目名称、计量准确度、雨污混接治理成效或经济效益。

第二十一章 参考文献

21.1 国家排水工程标准

[1] GB 55027-2022《城乡排水工程项目规范》。

官方公告:查看规范公告

[2] GB 50014-2021《室外排水设计标准》。

官方公告:查看标准公告

[3] GB 51222-2017《城镇内涝防治技术规范》。

用于城镇内涝防治工程相关技术分析,正式应用应核查现行适用要求。

21.2 排水设施运行与检测标准

[4] CJJ 68-2016《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》。

标准资料:查看规程资料

[5] CJJ 181-2012《城镇排水管道检测与评估技术规程》。

用于相关管道检测与评估工作,具体适用性应按现行要求确认。

21.3 流速—面积测量国际标准

[6] ISO 748:2021. Hydrometry — Measurement of liquid flow in open channels — Velocity area methods using point velocity measurements.

该标准涉及明渠流速及过水断面面积测量,可为具有适用自由水面的排水通道测流提供技术参考。

标准链接:查看ISO标准

21.4 水文自动测报参考标准

[7] GB/T 41368-2022《水文自动测报系统技术规范》。

可为适用的水文监测数据采集、传输及自动化系统提供技术参考。

21.5 设备防护与作业安全标准

[8] GB/T 4208-2017《外壳防护等级(IP代码)》及适用修改单。

[9] GB 46768-2025《有限空间作业安全技术规范》。

该标准自2026年5月1日起实施,适用于其规定范围内的有限空间作业安全管理。

21.6 城市排水水力模型参考资料

[10] United States Environmental Protection Agency. Storm Water Management Model (SWMM).

该排水系统模型可用于城市降雨径流、排水管网水力输送、调蓄、回水、满管承压及其他适用过程模拟。

官方资料:查看排水水力模型资料

21.7 满管流量测量技术参考

[11] 电磁流量计的电磁感应测量、导电性、满管要求、现场安装与计量校准相关技术资料。

[12] 时差式超声流量计的声学传播、管道壁厚、声耦合及速度剖面修正相关技术资料。

21.8 非满管流量测量技术参考

[13] 超声多普勒流速测量、悬浮颗粒散射、局部流速与断面平均流速换算相关技术资料。

[14] 雷达表面流速测量、测速角度、有效水面散射条件及速度率定相关技术资料。

[15] 圆形、矩形、梯形和异形排水断面的水位—过水面积计算相关技术资料。

21.9 雨污管网流量分析参考

[16] 城市污水旱天流量基线、雨天入流入渗分析和排水分区水量平衡相关技术资料。

[17] 合流制排水系统溢流量统计、泵站运行分析和排水非恒定流模型相关技术资料。

[18] 在线流量测量不确定度、数据质量控制、现场参考比对及累计水量计算相关技术资料。

21.10 文献适用性说明

相关标准与研究资料分别涉及排水工程设计、设施运维、明渠测流、满管流量计量、非满管水力分析及数据采集等技术领域。

正式工程应根据实际测量原理、流态、计量用途和验收要求选择适用依据,并核查所采用标准的现行版本。

21.11 方案综合总结

雨污管网流量在线监测方案面向城市雨水、污水和雨污合流排水系统,通过流量、流速、水位及断面参数的综合采集,建立适用于不同水力工况的在线流量监测与运行分析体系。

在技术选型方面,系统首先识别管段是否具有自由水面以及是否持续满管,再根据介质导电性、声学传播条件和安装环境选择电磁、超声或流速—液位联合测量方式。

对于持续满管且满足导电性要求的污水压力管,可采用适用的电磁流量计;对于声学条件适宜的满管管段,可采用时差式超声流量计;对于非满管重力流管渠,则需要获取有效流速、水位和实际断面参数计算过水量。

在非满管流量计算中,应依据圆形、矩形、梯形或异形断面的实际水位—面积关系计算过水面积,并通过现场率定或其他经过验证的方法获得断面平均流速。

系统应区分局部流速、表面流速和断面平均流速,避免直接将未修正的单点流速当作整个断面平均速度。

在累计水量管理方面,系统通过对有效瞬时流量进行时间积分,形成不同统计周期的累计过水量,并对数据缺失、方向变化和补传记录进行独立管理。

在污水管网应用中,系统可通过建立旱天流量基线,分析雨天实际流量与参考工况之间的差异,为雨污混接、地下水入渗和其他异常入流调查提供线索。

在雨水管网应用中,可将有效降雨、水位和流量过程联合分析,记录典型降雨事件的峰值流量、累计水量和退水变化,为排水能力评价和防涝管理提供数据。

在合流制排水系统中,应明确主干管、调蓄设施、溢流设施和实际计量边界,避免将单一监测断面的流量错误解释为整个系统的全部水量。

在分区水量管理中,应考虑支管汇入、系统储水量变化、溢流排放和其他未计量水量,不能简单将上下游流量差直接解释为管道泄漏或其他单一原因。

在工程建设阶段,应完成测点选址、流态调查、断面测绘、设备安装、现场率定和数据质量验证,保证测量技术与实际管网工况相匹配。

在长期运维阶段,应对传感器污染、断面淤积、流速修正关系、供电通信状态和累计水量完整性进行持续管理。

通过建立具有统一测量规则、可靠数据质量和明确水量边界的雨污管网流量监测体系,可以为城市排水分区计量、污水异常入流调查、雨洪过程研究、泵站管理、合流制运行评价、管网水力模型校核及城市防涝辅助决策提供持续的技术支持。

配套产品
Copyright © 2021 厦门欣仰邦科技有限公司 版权所有 备案号:闽ICP备18009268号-1
在线咨询
索要样机
扫一扫

扫一扫
欣仰邦公众号

全国免费服务热线
0592-3564822

返回顶部