一种城市社区排水管网健康状态监测装置和方法

技术领域

本发明涉及属于市政管网建设、地下管网监测、运维与管理技术领域，特别涉及一种城市社区排水管网健康状态监测装置和方法。

背景技术

为提升城市排水系统污染收集效能、排水效能，实现城市生活污水集中收集效能显著提高，需要尽量多收集污水，提高污水收集效能，增加污水厂进水污染物浓度，减少进入污水处理厂的清水量，增加污染物去除负荷，修复管网节点，恢复管道排水水力条件，增强管道排水能力。

城市社区内部的排水管网作为城市排水系统的源头，其健康情况直接影响了城市排水系统收集、排放效能。在全国各地的城市提质增效改造中，小区内部管网改造、维护及修复。管网问题发生时，排水系统运管单位难以觉察问题的发生，发生问题后也难以定位问题发生原因，为排水管网收集效能提升造成极大障碍。小区内产生的垃圾及沉积物较多，进入市政管网后造成管道淤积，清理不便且成本较高，给管网维护造成极大困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种城市社区排水管网健康状态监测装置和方法，用于解决管网维护困难的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种城市社区排水管网健康状态监测装置，包括监测井，监测井上装配有井盖，监测井两端分别连通进水管和排水管，监测井内设有流量传感器和水质传感器，流量传感器和水质传感器通过无线通讯模块将监测到的数据传送给水务平台。

进水管连通社区污水管道末端，排水管通过电控三通阀分别连通市政雨水管和市政污水管。

在监测井底部设有沉泥槽，沉泥槽内设有淤泥泵，淤泥泵通过淤泥管连通市政污水管，在淤泥管上安装有单向阀，所述流量传感器和水质传感器连接控制器输入端，淤泥泵和电控三通阀连接控制器输出端，控制器通过无线通讯模块与水务平台无线连接。

在排水管一侧设有平板格栅。

一种城市社区排水管网健康状态监测装置的方法，由流量传感器和水质传感器实时监测城市社区污水水质和流量，将监测到的水质和流量数据传送给水务平台，水务平台将数据与预设值进行比较，分析其管网健康状况，并向运管人员发出预警。

在污水流量超过预设值时，则控制器控制淤泥泵间歇性启动，将沉积污泥粉碎送入污水管。

本发明的有益效果为：

1、本发明将安装于从城市社区管道末端的监测运维装置实时采集的流量、水质数据实时反馈智慧水务平台，可让运管人员通过数据实时了解社区内管道运行情况。

2、本发明利用安装于从城市社区管道末端的监测运维装置中安装的格栅及沉泥槽拦截小区排水管道中的垃圾及沉积物，进入市政管道的垃圾及污泥大量减少，方便了市政管道维护。

3、本发明基于对传感器传回数据进行分析，可对社区内排水管道健康状况进行监测，定位管网问题发生点位，初步判断管网问题发生原因并发出预警，便于管道运管。

4、本发明根据社区排水情况，自动将污水指向排出，防止雨水和污水混流，同时提高装置使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图 1为本发明的主视结构示意图，

图2为本发明的俯视结构示意图，

图3为本发明各电器件间的连接关系示意图，

图4为本发明的工作流程图。

图中：进水管1、监测井2、流量传感器3、水质传感器4、格栅5、井盖6、排水管7、电控三通阀8、淤泥管9、单向阀10、沉泥槽11、淤泥泵12。

具体实施方式

如图1到4所示，一种城市社区排水管网健康状态监测装置，包括监测井2，监测井2上装配有井盖6，监测井2两端分别连通进水管1和排水管7，监测井2内设有流量传感器3和水质传感器4，流量传感器3和水质传感器4通过无线通讯模块将监测到的数据传送给水务平台。

所述井盖6采用防盗、防坠落、防沉降型φ800井盖6，井盖6上明确标注“雨水监测井2”或”污水监测井2”字样及由城管部门批准的排水口编号，安装需专用设备方可开启的锁具。井盖6喷涂与周边道路铺装颜色形成强烈反差的颜色，如红色、绿色，便于管道运管人员现场识别，也便于环保、城管等部门对私接、偷排等行为进行监督，对排水许可执行情况进行监督执法。

所述流量传感器3采用多普勒超声波流量计，采用速度面积法测量流量，即多声道多普勒流速传感器测量断面流速，液位传感器测量实时液位，流量计算公式为流量=流速×截面积，通过流速与液位测量测出流量。该流量计可满足满流、非满流等多种管道运行工况下的流量测量。流速测量范围0.03-12m/s，流速测量精度±2%FS，液位测量精度±0.5%FS，传感器采用316不锈钢材质，IP68防护等级。

所述水质监测仪表采用以量子点光谱传感器为核心检测元件的窨井水质在线检测终端，可实时获取并分析进水水质。其检测频率为10min/次，可对水温、pH、电导率、浊度、化学需氧量、氨氮进行检测。本实施例中，水质在线检测终端主要检测化学需氧量指标。化学需氧量量程0-1000mg/L，氨氮量程0-30mg/L，防护等级IP68。

由流量传感器3和水质传感器4实时监测城市社区污水水质和流量，并无线传送给水务平台，由水务平台对测得的数据进行记录，并将数据提交管网健康状况分析模块与预设值进行比较分析，如流量、水质测量结果发生异常，超过管网正常运行时流量与水质数值范围及变化趋势，分析模块可判断管网健康状况发生异常并初步判断问题发生原因，并将发生问题的点位及原因通过平台发送预警至运管人员，由运管人员赴现场对问题进行问题核实、反馈，解决管网现场问题。

具体的，管网健康状况分析模块通过如下方法对管网雨污混错接、管道漏损、清水混入、淤堵四种常见管网问题进行判定：

1、管网正常值监测：在社区内管网确保已实现完全雨污分流并经全面人工检查确保管网无问题后，即可开始对管网流量与水质正常的流量、水质数值及数值变化特征进行监测，作为判断管网正常状态的依据，管网正常值监测需持续2个月，包含雨季1个月，旱季1个月。

2、雨污混错接判定：如发现非降雨时段流量传感器3监测到管道有流量产生，且水质传感器4监测到水质化学需氧量与氨氮指标复合生活污水特征，可判断社区内管网发生了雨污混接现象。

3、管道漏损判定：如水质传感器4监测到雨水、污水水质指标并未发生明显变化，但管道流量出现明显减少，且减少幅度超出日常监测值变化范围，可判定雨水或污水管道发生漏损现象；

4、清水混入判定：针对污水管道，如检测到污水管道内流量较正常值出现明显增加，且浓度出现明显降低，则可判定污水管道有清水混入。混入的原因可能为管网破损导致地下水入渗或自来水故障导致自来水混入。针对雨水管道，如检测到非下雨天有流量产生，且管道水质特征不符合污水特征，可判定雨水管道有清水混入；

5、淤堵判定：如监测到雨水、污水水质指标并未发生明显变化，但管道流量日流量变化幅度明显增大，即可判断管道发生淤堵，排水不畅。

进水管1连通社区污水管道末端，排水管7通过电控三通阀8分别连通市政雨水管和市政污水管。

在监测井2底部设有沉泥槽11，沉泥槽11内设有淤泥泵12，淤泥泵12通过淤泥管9连通市政污水管，在淤泥管9上安装有单向阀10，所述流量传感器3和水质传感器4连接控制器输入端，淤泥泵12和电控三通阀8连接控制器输出端，控制器通过无线通讯模块与水务平台无线连接，控制器为PLC控制器。

在排水管7一侧设有平板格栅5。平板格栅5及沉泥槽11拦截小区排水管7道中的垃圾及沉积物，进入市政管道的垃圾及污泥大量减少，方便了市政管道维护。在管道运管人员对水质、流量监测装置进行维护的同时，同步清理沉泥槽11中被格栅5及沉泥槽11拦截的垃圾及沉积物，大大减少了市政管道清理维护频率，具有较强的实用性。沉泥槽11沉泥高度500mm，格栅5选用铸铁平板格栅5，安装于出水管前，栅条间隙10mm。

在监测出污水水质未超出预设值时，则控制器控制电控三通阀8动作，让污水进入市政雨水管，在监测出污水超出预设值时，则控制器控制电控三通阀8恢复原位，让污水进入市政污水管。污水水质未超出预设值的状态包括管网正常值状态和清水混入状态，污水超出预设值的状态包括雨污混错接和管道漏损，这样根据污水情况对排出的污水进行分流，防止污水进入市政雨水管。

在流量传感器3监测到有污水、雨水或者自来水进入监测井2时，则控制器控制淤泥泵12每隔1小时，启动1分钟，将沉积污泥粉碎送入污水管，保持监测井2清洁，提高水质传感器4监测的准确性，同时避免产生异味。