導(dǎo)讀

廣州市東濠涌流域排水系統(tǒng)由淺層排水系統(tǒng)與深層隧道排水系統(tǒng)組合而成，系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，且在國(guó)內(nèi)無(wú)可參考的調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，管理難度較大�；�于廣州深層隧道排水系統(tǒng)東濠涌試驗(yàn)段工程的建設(shè)，結(jié)合給水排水、物聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化控制等專(zhuān)業(yè)技術(shù)，設(shè)計(jì)構(gòu)建了一套排水管網(wǎng)液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使得調(diào)度人員能夠遠(yuǎn)程掌握排水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)液位情況，及時(shí)作出調(diào)度決策。經(jīng)測(cè)試運(yùn)行，該系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)內(nèi)澇點(diǎn)液位、設(shè)備工況等數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集與無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸，液位信息在線查詢以及歷史數(shù)據(jù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)東濠涌深隧排水系統(tǒng)內(nèi)澇監(jiān)測(cè)優(yōu)化，并為深隧排水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度研究提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有利于最大化發(fā)揮深隧排水系統(tǒng)減少內(nèi)澇和溢流污染的作用，同時(shí)以優(yōu)先利用淺層排水系統(tǒng)為原則，降低深層隧道的使用頻率，降低運(yùn)行成本。

作者：周午陽(yáng)（1990-），男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，助理工程師，從事城市排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與優(yōu)化調(diào)度研究。

近些年來(lái)，我國(guó)諸多城市在雨季發(fā)生了危害市民人身和財(cái)產(chǎn)安全的內(nèi)澇事件，所引發(fā)的城市內(nèi)澇和溢流污染問(wèn)題備受關(guān)注。城市內(nèi)澇的成因較綜合，既有城市下墊面硬化造成的洪峰提前和匯流量急劇增加，也有城市熱島效應(yīng)造成的暴雨頻率增加；既有城市排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期偏小，也有管道建成后運(yùn)營(yíng)管理手段薄弱等不足。對(duì)于城市建成區(qū)，城市下墊面和氣候條件等客觀因素?zé)o法改變，而且城市老城區(qū)建筑密集，加上地鐵和綜合體開(kāi)發(fā)，淺層地下空間利用難度和成本都越來(lái)越大。為此，需尋找新的思路解決中、大型城市老城區(qū)的城市內(nèi)澇問(wèn)題，深隧排水系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)深隧）建設(shè)在地面以下40m左右的深層地下空間，可避免大量征地和拆遷，在國(guó)外已得到諸多工程應(yīng)用，為改善城市排水能力的重要手段之一。但深隧因深埋于地下，并且需做好與淺層排水管網(wǎng)的配合使用，管理難度大，傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)管理手段已不能滿足此類(lèi)復(fù)雜排水系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理需求。因此，提出通過(guò)建設(shè)現(xiàn)代化的排水管網(wǎng)液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，優(yōu)化排水管網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度方式。

1 液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)需求

1.1

深隧排水系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行需求

據(jù)廣州市水務(wù)相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，自2010年至2014年，廣州東濠涌流域發(fā)生過(guò)內(nèi)澇的地點(diǎn)約30處，重現(xiàn)期處于0.5~5年之間不等，為提高深隧排水系統(tǒng)對(duì)內(nèi)澇的調(diào)控能力，需對(duì)深隧排水系統(tǒng)上游的淺層管網(wǎng)內(nèi)澇點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集更廣泛的數(shù)據(jù)作為調(diào)度控制依據(jù)。因此，如何獲取精確、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)深隧排水系統(tǒng)精確調(diào)度運(yùn)行的重要問(wèn)題。液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)不斷采集大量的內(nèi)澇點(diǎn)液位數(shù)據(jù)，建立龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，可開(kāi)發(fā)出基于實(shí)測(cè)內(nèi)澇點(diǎn)液位數(shù)據(jù)的深隧排水系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行方案，指導(dǎo)相關(guān)閘、泵的開(kāi)或關(guān)，可使深隧排水系統(tǒng)的調(diào)度控制方案更加科學(xué)、精確，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市內(nèi)澇的精確控制。

1.2

排水管網(wǎng)運(yùn)行管理和優(yōu)化需求

現(xiàn)階段，我國(guó)大部分城市判斷排水管網(wǎng)狀況時(shí)，多采用經(jīng)驗(yàn)判斷而非科學(xué)有效的技術(shù)手段。經(jīng)調(diào)研，東濠涌流域內(nèi)的排水泵站和閘站等排水設(shè)施的運(yùn)行，通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)水位進(jìn)行泵、閘的開(kāi)啟和關(guān)閉，存在調(diào)度時(shí)間滯后、準(zhǔn)確性不高等缺陷。

通過(guò)內(nèi)澇水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水管網(wǎng)液位實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，不僅是深隧排水系統(tǒng)精確調(diào)度運(yùn)行的重要手段，同時(shí)也為其他類(lèi)型排水系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供了科學(xué)、信息化的手段�；�于實(shí)測(cè)的液位數(shù)據(jù)，可對(duì)排水泵站的水泵組合進(jìn)行優(yōu)化，不僅可以減少能耗，而且能提高閘、泵站對(duì)城市內(nèi)澇的調(diào)控能力。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還可供防汛、運(yùn)行管理、養(yǎng)護(hù)等相關(guān)部門(mén)使用, 為實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)科學(xué)管理和管網(wǎng)改造提供依據(jù)。

1.3

內(nèi)澇預(yù)警需求

我國(guó)部分城市正在開(kāi)展路面積水在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警,通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掌握道路積水情況。然而，僅監(jiān)測(cè)路面積水情況，無(wú)法在內(nèi)澇發(fā)生前采取控制措施，常處于事后處理的局面。而排水管網(wǎng)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的液位監(jiān)測(cè)設(shè)備可安裝在窨井內(nèi)，當(dāng)內(nèi)澇點(diǎn)井內(nèi)水位達(dá)到警戒值時(shí)，防汛部門(mén)可提前根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作出應(yīng)急措施，如啟用深隧排水系統(tǒng)或進(jìn)行淺層排水泵站、閘站的調(diào)度，防止內(nèi)澇發(fā)生。當(dāng)路面淹水發(fā)生內(nèi)澇時(shí)，本系統(tǒng)的液位監(jiān)測(cè)設(shè)備亦可監(jiān)測(cè)到路面積水情況，便于防汛部門(mén)及時(shí)采取相關(guān)措施及時(shí)提醒人民群眾出行注意安全。

2 液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用管理層和信息發(fā)布層四部分組成。液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖1所示，其中液位計(jì)傳感器安裝于內(nèi)澇點(diǎn)處的排水管網(wǎng)檢查井中以及閘前、泵站集水池處，用于測(cè)量?jī)?nèi)澇點(diǎn)處管網(wǎng)水位和閘門(mén)、泵站液位。東濠涌流域設(shè)有20余個(gè)內(nèi)澇液位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和雨量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將傳感器測(cè)量得到的液位數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒��?wù)器后臺(tái)。服務(wù)器后臺(tái)則存儲(chǔ)和處理各個(gè)內(nèi)澇點(diǎn)的實(shí)時(shí)液位數(shù)據(jù)，作為深隧調(diào)度運(yùn)行和排水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理的依據(jù)。

圖1 液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意

2.1

數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要由液位計(jì)傳感器、數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）和電源組成。

（1）液位計(jì)傳感器

液位計(jì)傳感器是內(nèi)澇監(jiān)控點(diǎn)液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接影響到排水管網(wǎng)的調(diào)度管理決策及深隧排水系統(tǒng)的調(diào)度優(yōu)化研究結(jié)果。液位計(jì)傳感器需要選擇精度高、量程合適、穩(wěn)定性好的類(lèi)型。此外，由于內(nèi)澇點(diǎn)通常位于城市的馬路上或人行道上，并且分布較為分散，電力和通訊設(shè)備難以匹配到位，應(yīng)選取低能耗的類(lèi)型；且排水管網(wǎng)的污水環(huán)境較為惡劣，需選用防水等級(jí)IP68、材質(zhì)耐腐蝕的設(shè)備。針對(duì)本系統(tǒng)所選用的壓阻式液位傳感器，在實(shí)驗(yàn)室模擬排水管道窨井，放入液位計(jì)并改變窨井中液位，進(jìn)行實(shí)際測(cè)量液位與設(shè)定液位的線性回歸分析，測(cè)量液位值呈現(xiàn)的線性度良好，測(cè)量值與設(shè)定值線性相關(guān)系數(shù)為0.9975，誤差較小，精度符合要求（見(jiàn)圖2）。此外，在測(cè)試過(guò)程中，同一液位情況下，多次進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量液位變化不大，穩(wěn)定性良好。

圖2 液位計(jì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果線性回歸分析

（2）數(shù)據(jù)傳輸單元

數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）是專(zhuān)門(mén)用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器的無(wú)線終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。DTU安裝于內(nèi)澇點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)模擬量通道或通過(guò)Modbus總線技術(shù)讀取液位計(jì)實(shí)時(shí)液位數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔接收從液位計(jì)傳感器傳來(lái)的液位數(shù)據(jù)，再通過(guò)GPRS將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)公司數(shù)據(jù)中心，再傳輸?shù)酵ㄓ嵎��?wù)器供控制臺(tái)、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器等使用。

通常情況下DTU處于一直在線的狀態(tài)，隨時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸通道的暢通，從而及時(shí)傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)。但受內(nèi)澇點(diǎn)環(huán)境的限制，本系統(tǒng)采用鋰電池供電，為降低設(shè)備能耗，旱天時(shí)可讓DTU處于待機(jī)休眠狀態(tài)，減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，延長(zhǎng)數(shù)據(jù)采樣周期。當(dāng)發(fā)生降雨時(shí)，再通過(guò)DTU內(nèi)部的激活方式，如通過(guò)電話呼叫DTU或給DTU發(fā)送特定短信，使其上線，建立數(shù)據(jù)傳輸通道。DTU每隔一段時(shí)間向服務(wù)器后臺(tái)發(fā)送一個(gè)心跳包，檢測(cè)傳輸設(shè)備的在線狀態(tài)，發(fā)生掉線情況將會(huì)自動(dòng)重連。

（3）電源

此設(shè)計(jì)采用160A·h的鋰電池供電，可反復(fù)充電使用。相比市電供電和太陽(yáng)能供電等方式，電池供電的優(yōu)點(diǎn)為：

①土建開(kāi)挖少，減少監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用；

②克服監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近供電配套設(shè)施不完善等問(wèn)題；

③減少雷擊對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的影響；

④可有效避免市電供電方式中的意外斷電或太陽(yáng)能供電方式中遭遇連續(xù)陰雨天導(dǎo)致太陽(yáng)能供電不足等問(wèn)題。

⑤若將監(jiān)測(cè)設(shè)備移往它處時(shí)，可反復(fù)充電的鋰電池便于更換和再利用，避免浪費(fèi)。

經(jīng)測(cè)試，在不進(jìn)行設(shè)備休眠的情況下，160A·h鋰電池可維持內(nèi)澇點(diǎn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)工作3個(gè)月。若進(jìn)行設(shè)備休眠，換電池的間隔時(shí)間可達(dá)半年以上。

2.2

網(wǎng)絡(luò)傳輸層

目前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括GPRS、zigbee、WLAN、藍(lán)牙和移動(dòng)通信等形式，可根據(jù)排水系統(tǒng)采集點(diǎn)的分布特點(diǎn)分別采用不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由于城市排水系統(tǒng)規(guī)模巨大，內(nèi)澇點(diǎn)較為分散，常位于馬路上，有線傳輸網(wǎng)絡(luò)存在布線成本高、信號(hào)衰減等問(wèn)題，因此本液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用GPRS通訊技術(shù)。GPRS通訊技術(shù)具有資源利用率高、計(jì)費(fèi)便宜靈活、覆蓋范圍廣、傳輸速率高等特點(diǎn)，適用于在線采集的液位數(shù)據(jù)的傳輸要求。監(jiān)測(cè)設(shè)備傳感器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包，再利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦潭↖P地址的服務(wù)器后臺(tái)。

此外，本設(shè)計(jì)通過(guò)中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)卡的短信功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的喚醒和休眠模式的轉(zhuǎn)換控制，以及可選擇通過(guò)語(yǔ)音功能確保在緊急情況下進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的喚醒激活。經(jīng)測(cè)試，每套內(nèi)澇液位監(jiān)測(cè)設(shè)備一個(gè)月平均所需流量不超過(guò)5MB，所需費(fèi)用僅為5元/月。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量所產(chǎn)生的費(fèi)用較低，合理且容易接受。

2.3

應(yīng)用管理層

液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)GPRS DTU實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，采集所得數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。主要功能如下：

（1）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)展示

實(shí)時(shí)顯示從系統(tǒng)獲得的各監(jiān)控點(diǎn)的液位數(shù)據(jù)，系統(tǒng)軟件根據(jù)通信協(xié)議解析數(shù)據(jù)，在界面上以表格形式顯示數(shù)據(jù)或以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖或趨勢(shì)圖的界面形式顯示。在發(fā)生降雨時(shí)，調(diào)度管理人員可通過(guò)展示界面，實(shí)時(shí)了解各個(gè)內(nèi)澇點(diǎn)的液位情況，以便于及時(shí)獲得內(nèi)澇情況并采取應(yīng)對(duì)措施。

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的保存與查詢

在通信正常情況下，數(shù)采設(shè)備每1min自動(dòng)發(fā)送內(nèi)澇點(diǎn)液位、電池電量等數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器后臺(tái)系統(tǒng)。因市內(nèi)GPRS信號(hào)較好，通信狀況良好，且設(shè)置了斷線自動(dòng)重連程序，因此無(wú)需數(shù)采設(shè)備具有存儲(chǔ)功能。

服務(wù)器后臺(tái)系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)海量采集到的數(shù)據(jù)，并且具有強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)查詢功能，可選擇不同的內(nèi)澇監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行任何時(shí)刻、任何參數(shù)（液位、電量等）的歷史數(shù)據(jù)查詢，這為排水系統(tǒng)研究工作提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）數(shù)采設(shè)備監(jiān)測(cè)管理

采用160A·h鋰電池供電的監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備，在實(shí)行旱季休眠/雨季喚醒的運(yùn)行機(jī)制后，預(yù)計(jì)可為內(nèi)澇液位監(jiān)測(cè)設(shè)備持續(xù)供電半年以上。為保證監(jiān)測(cè)設(shè)備正常工作，利用DTU電壓監(jiān)測(cè)的功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)內(nèi)澇監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備供電情況。此外，還可通過(guò)軟件界面實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備掉線等異常情況。當(dāng)出現(xiàn)電量達(dá)到警戒值或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)軟件界面以及短信通知等方式提醒操作人員進(jìn)行及時(shí)處理，以防RTU和設(shè)備不能正常工作。

（4）數(shù)據(jù)共享

液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與其他可兼容系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)雙向連接，或共享數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。通過(guò)ODBC 提供的SQL驅(qū)動(dòng)與監(jiān)控系統(tǒng)建立連接，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并存儲(chǔ)到獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)中，供其他應(yīng)用程序調(diào)用該連接能讓系統(tǒng)以一定時(shí)間間隔從SCADA 系統(tǒng)中獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，并回送特定的數(shù)據(jù)，如仿真結(jié)果、報(bào)警信號(hào)等。

除上述功能外，還能提供繪制歷史趨勢(shì)曲線、多條曲線對(duì)比，并能夠按照用戶的需求內(nèi)容和格式制作并打印報(bào)表，以及提供端口配置、數(shù)據(jù)庫(kù)配置的系統(tǒng)設(shè)置功能。為了保證整個(gè)系統(tǒng)（服務(wù)器系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)設(shè)備終端）時(shí)鐘的一致，以服務(wù)器系統(tǒng)的時(shí)鐘為準(zhǔn)，定時(shí)發(fā)送時(shí)鐘信息到各個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備終端進(jìn)行校對(duì)。

2.4

信息發(fā)布層

信息發(fā)布采用網(wǎng)站發(fā)布和短信發(fā)布相結(jié)合的方式，其中信息發(fā)布網(wǎng)站可通過(guò)電腦或者手機(jī)使用Internet瀏覽。深層隧道排水區(qū)域液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是如圖3所示東濠涌深隧優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的重要組成部分，發(fā)布網(wǎng)站由主頁(yè)、實(shí)時(shí)監(jiān)視、報(bào)表、系統(tǒng)設(shè)置、聯(lián)系方式等幾部分組成，可通過(guò)發(fā)布網(wǎng)站查詢液位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體位置，在線查詢即時(shí)數(shù)據(jù)，以及使用報(bào)表查詢各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)，并可通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置功能在線查詢?cè)O(shè)備工況，以及喚醒已休眠的設(shè)備。短信發(fā)布功能則利用短信平臺(tái)執(zhí)行，在達(dá)到警戒水位的時(shí)候，采用群發(fā)短信的形式將預(yù)警短信發(fā)送給預(yù)先在系統(tǒng)中設(shè)定好的調(diào)度管理人員，使得調(diào)度人員能夠及時(shí)采取調(diào)度措施。

圖3 液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息發(fā)布網(wǎng)站

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行

3.1

監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝

（1）在線監(jiān)測(cè)設(shè)備組成

為適應(yīng)污水管道中惡劣的環(huán)境，并應(yīng)對(duì)內(nèi)澇點(diǎn)發(fā)生水浸時(shí)對(duì)整套監(jiān)測(cè)設(shè)備的影響，采用防水等級(jí)為IP68的鑄鋁防水箱對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。監(jiān)測(cè)設(shè)備可分為液位計(jì)傳感器、DTU控制箱、電源箱三部分，分別通過(guò)IP68防水等級(jí)的航空插頭相連接，由電池給DTU控制箱供電，再由DTU控制液位計(jì)傳感器（見(jiàn)圖4）。

圖4 排水管網(wǎng)液位監(jiān)測(cè)設(shè)備

（2）監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝

目前，液位計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在研究區(qū)域所選的內(nèi)澇點(diǎn)的雨水井中運(yùn)行，在線監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝如圖5所示。

圖5 監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝

結(jié)合實(shí)際安裝環(huán)境，考慮到監(jiān)測(cè)設(shè)備日后的維護(hù)，以及克服管網(wǎng)污水對(duì)液位的影響，監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝需考慮以下幾點(diǎn)：

①DTU控制箱和電池箱靠檢查井口安裝，方便后期更換電池等維護(hù)工作；

②液位計(jì)傳感器采用鍍鋅不銹鋼管固定保護(hù)，可防止雨水井內(nèi)有較大的沖擊水流，使得液位計(jì)傳感器持續(xù)晃動(dòng)，影響液位測(cè)量準(zhǔn)確性，同時(shí)可避免污水的生活垃圾對(duì)液位計(jì)傳感器的影響；

③為防止井底淤泥對(duì)液位計(jì)傳感器的影響，用人工插桿試探后，估計(jì)數(shù)值，將探頭從淤積層抬高一定的高度�？杀苊夥e淤對(duì)傳感器的堵塞；

④液位計(jì)固定支架、DTU控制箱和電池箱安裝緊貼井壁，盡可能少地占用井內(nèi)空間，減少對(duì)管網(wǎng)管理部門(mén)清淤維護(hù)工作的影響。

3.2

系統(tǒng)在線運(yùn)行測(cè)試

2016年7月起，開(kāi)始對(duì)朱子寮后街、法政路、黃華路、區(qū)莊立交等多個(gè)液位監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行在線液位監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝，部分液位監(jiān)測(cè)點(diǎn)配套安裝了雨量計(jì)，并在安裝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的讀數(shù)與人工測(cè)量值進(jìn)行了對(duì)比，在線監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)量結(jié)果滿足精度要求。

目前液位數(shù)據(jù)的采集周期為1min，即每1min讀取采集一個(gè)瞬時(shí)液位值和電壓等參數(shù)。為確保監(jiān)測(cè)設(shè)備的正常運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試期間對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)定期現(xiàn)場(chǎng)巡查，對(duì)排水管網(wǎng)液位監(jiān)測(cè)設(shè)備工況進(jìn)行檢查。期間發(fā)現(xiàn)，華樂(lè)隧道內(nèi)澇監(jiān)測(cè)點(diǎn)液位計(jì)固定支架上被少量生活垃圾纏繞，但并未影響液位計(jì)的正常數(shù)據(jù)采集，可見(jiàn)液位計(jì)套管能夠有效保護(hù)液位傳感器，避免污水中雜物影響傳感器的正常工作。因此，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，可2~3個(gè)月前往現(xiàn)場(chǎng)巡查一次即可，維護(hù)工作量較小。

每次去現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)時(shí)，將對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的讀數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，運(yùn)行3個(gè)月后，儀表讀數(shù)與人工測(cè)量值之間的誤差在±5cm以內(nèi)，仍能滿足精度要求。在雷雨天氣中，對(duì)液位計(jì)運(yùn)行情況進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，液位計(jì)工作不受打雷影響，讀數(shù)與人工測(cè)量值之間的誤差在±5cm以內(nèi)，仍能滿足精度要求。

液位計(jì)采集到的數(shù)據(jù)信息被上傳到后臺(tái)服務(wù)器后，把監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件安裝在Web服務(wù)器上，通過(guò)電腦或手機(jī)登陸指定發(fā)布網(wǎng)站即可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)內(nèi)澇實(shí)時(shí)液位信息、雨量信息、電量信息的查詢以及歷史數(shù)據(jù)的查看等功能（見(jiàn)圖6）。

圖6 排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息

在近幾個(gè)月的排水管網(wǎng)液位在線監(jiān)測(cè)中，于2017年6月2日監(jiān)測(cè)到朱子寮后街的井內(nèi)水位達(dá)到126cm，而井深僅為138cm，存在發(fā)生內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)；2017年3月31日和6月6日在黃華路省委黨校門(mén)口和華樂(lè)隧道液位在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)也分別監(jiān)測(cè)到有發(fā)生內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的水位（井深分別為230、250 cm，而井內(nèi)水位分別達(dá)到了194、195cm）。當(dāng)監(jiān)測(cè)到有發(fā)生內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的警戒水位時(shí)，排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可即時(shí)將液位數(shù)據(jù)和報(bào)警信息發(fā)送給排水管網(wǎng)調(diào)度人員，為調(diào)度人員及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)度決策提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 結(jié)論與建議

獲取城市內(nèi)澇實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的水位數(shù)據(jù)信息，是進(jìn)行深隧排水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行、內(nèi)澇預(yù)警和科學(xué)管理的基礎(chǔ)�；�于上述需求，結(jié)合排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)存在的困難以及現(xiàn)階段路面積水在線監(jiān)測(cè)的不足，設(shè)計(jì)并建立東濠涌深層隧道排水區(qū)域液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)排水管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的液位、雨量遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行情況分析，該排水管網(wǎng)液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，結(jié)合即將建立的東濠涌深隧排水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行模型，有助于充分發(fā)揮東濠涌深層隧道減少內(nèi)澇和河涌污染的作用。

創(chuàng)新點(diǎn)說(shuō)明

實(shí)現(xiàn)了對(duì)此類(lèi)復(fù)雜排水系統(tǒng)液位的在線監(jiān)測(cè)。該液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在排水管網(wǎng)的窨井內(nèi)布設(shè)壓阻式液位計(jì)，測(cè)量精度不受污水中懸浮物的影響；采用鋰電池供電，成套設(shè)備均布設(shè)在窨井內(nèi)，地面無(wú)需安裝任何裝置，因此不受路面情況的影響，可安裝在位于車(chē)行道的窨井內(nèi)。

東濠涌流域面積為12.47平方公里，該液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在此范圍內(nèi)布設(shè)了26個(gè)液位計(jì)進(jìn)行液位在線監(jiān)測(cè)，并配套了6套雨量計(jì)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位包含內(nèi)澇黑點(diǎn)、關(guān)鍵閘站、泵站，對(duì)液位信息的采集密度較大。

本文發(fā)表于《中國(guó)給水排水》2018年第1期，原題目《深層隧道排水區(qū)域液位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究》，作者為廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院的周午陽(yáng)、孫志民、湯舒。

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