城市排水管網(wǎng)作為重要基礎(chǔ)設(shè)施，其運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)防汛排澇、水污染控制意義重大。流量監(jiān)測(cè)作為重點(diǎn)環(huán)節(jié)，需依托科學(xué)計(jì)算公式與先進(jìn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。以下從流量計(jì)算原理、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)應(yīng)用等維度展開(kāi)詳細(xì)解析。

流量計(jì)算基于流體力學(xué)基本原理，通過(guò)測(cè)量流速與過(guò)流截面積乘積獲得。當(dāng)前主流計(jì)算方式分兩類(lèi)：一類(lèi)是基于多普勒效應(yīng)的流速測(cè)算，另一類(lèi)是結(jié)合水位深度的截面積推導(dǎo)。

多普勒超聲波流量計(jì)算中，傳感器發(fā)射超聲波信號(hào)，流體中懸浮顆粒反射信號(hào)產(chǎn)生頻移，依據(jù)頻移量與流速關(guān)系公式可算得流速。具體公式為：v=2f0?×cosθf(wàn)d?×c?，其中v流速，fd?是多普勒頻移，c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度，f0?是發(fā)射信號(hào)頻率，θ為發(fā)射波束與流體流向夾角。獲取流速后，結(jié)合管道截面積計(jì)算流量，公式為：Q=v×A，Q表示流量，A是管道過(guò)流截面積。

對(duì)于雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)，通過(guò)電磁波反射原理測(cè)量水位深度，再根據(jù)管道幾何參數(shù)計(jì)算截面積。

現(xiàn)代排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用非接觸式測(cè)量技術(shù)，主要由傳感器單元、數(shù)據(jù)采集傳輸單元、供電系統(tǒng)構(gòu)成，不同監(jiān)測(cè)場(chǎng)景配置不同系統(tǒng)方案。

雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)站重點(diǎn)組件為雷達(dá)水位傳感器，其波束角通常小于 10°，可減少井壁干擾，測(cè)量范圍達(dá) 7 米，精度 ±3 毫米。該系統(tǒng)搭配鋰電池供電模塊與 RTU 遠(yuǎn)程終端單元，支持 GPRS、4G 等多種通信方式，能實(shí)現(xiàn) 7×24 小時(shí)無(wú)人值守監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集頻率可設(shè)定，默認(rèn) 5 分鐘采集一次，水位超警戒值時(shí)自動(dòng)提高上傳頻率，滿(mǎn)足預(yù)警需求。多普勒超聲波流量計(jì)，可同時(shí)測(cè)量流速、水位、流量參數(shù)。流速測(cè)量范圍 0.02 - 5 米 / 秒，精度 ±1%；流量測(cè)量精度 ±2 - 3%，適用于不同管徑管道。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，不銹鋼安裝支架可拼接拆卸，便于井下安裝維護(hù)。供電系統(tǒng)采用高容量鋰電池，配合低功耗設(shè)計(jì)，續(xù)航可達(dá) 6 個(gè)月以上。

含水位監(jiān)測(cè)功能的復(fù)合型監(jiān)測(cè)站，將雷達(dá)水位計(jì)與超聲波流量計(jì)集成，彌補(bǔ)單一設(shè)備監(jiān)測(cè)范圍不足。雷達(dá)水位計(jì)安裝于井口，監(jiān)測(cè)窨井整體水位，超聲波流量計(jì)置于管道低端測(cè)量流速流量，二者數(shù)據(jù)融合提升監(jiān)測(cè)全面性，尤其在汛期能提前預(yù)警內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行采用智能化工作模式，兼顧數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與能耗效率。正常狀態(tài)下，設(shè)備按設(shè)定間隔休眠與喚醒，如每 5 分鐘喚醒采集數(shù)據(jù)后再次休眠，降低功耗。當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超閾值，如水位達(dá)警戒高度、流量突增，系統(tǒng)自動(dòng)切換至實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式，縮短數(shù)據(jù)上傳間隔，通過(guò)短信、平臺(tái)彈窗等方式報(bào)警。

數(shù)據(jù)管理方面，系統(tǒng)具備本地存儲(chǔ)與補(bǔ)報(bào)機(jī)制。RTU 單元內(nèi)置 flash 存儲(chǔ)與 TF 卡擴(kuò)展槽，支持比較大 256GB 存儲(chǔ)容量，可保存數(shù)年歷史數(shù)據(jù)。通訊故障時(shí)數(shù)據(jù)緩存本地，恢復(fù)后自動(dòng)補(bǔ)傳，確保數(shù)據(jù)完整性。管理平臺(tái)對(duì)采集數(shù)據(jù)分類(lèi)處理，通過(guò)算法分析流量變化趨勢(shì)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、管網(wǎng)模型預(yù)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，為調(diào)度管理提供依據(jù)。

遠(yuǎn)程維護(hù)功能是系統(tǒng)重要特性，工作人員可通過(guò)無(wú)線方式遠(yuǎn)程配置設(shè)備參數(shù)、升級(jí)程序，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)操作。例如調(diào)整報(bào)警閾值、修改數(shù)據(jù)采集頻率，提高維護(hù)效率。同時(shí)系統(tǒng)支持 “一包多投” 功能，數(shù)據(jù)可同時(shí)傳輸至多個(gè)管理中心，滿(mǎn)足不同部門(mén)監(jiān)管需求。

科學(xué)布設(shè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)是保證系統(tǒng)有效性的基礎(chǔ)，需結(jié)合管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、水文特征綜合考量。主干管、重要管線及調(diào)蓄構(gòu)筑物出口以流量、水位監(jiān)測(cè)為主，商業(yè)區(qū)、居民區(qū)內(nèi)部以水位監(jiān)測(cè)為輔。污水廠匯流前分支節(jié)點(diǎn)、多條管道匯流處需重點(diǎn)布設(shè)流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，大管徑管道匯合處、長(zhǎng)距離運(yùn)輸管道設(shè)置水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

安裝位置選擇嚴(yán)格遵循技術(shù)規(guī)范，傳感器應(yīng)安裝在水流平緩、無(wú)回流漩渦的區(qū)段，避開(kāi)排水口、落水井、管道彎曲等影響測(cè)量精度的位置。若需在管道結(jié)合處附近安裝，應(yīng)選在水位較低一側(cè)，且距拐點(diǎn)至少 10 倍管道直徑距離。安裝環(huán)境要求檢查井結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，避免井壁疏松影響支架固定。

具體安裝時(shí)，雷達(dá)水位計(jì)通過(guò) L 型不銹鋼支架固定于井蓋正下方，保證水平安裝；多普勒超聲波流量計(jì)借助可拆卸支架置于管道低端，探頭朝向水流方向。供電系統(tǒng)安裝于井口附近，便于通訊與電池更換。所有線纜需用波紋管保護(hù)，防護(hù)等級(jí)達(dá) IP68，適應(yīng)潮濕井下環(huán)境。