THWater®智慧排水监测

液位监测为排水管网安全运行保驾护航—智慧排水之乱弹(97)

作者:刘志迎 李萌来源:清环智慧水务

小编按:液位监测是排水管网动态管理的核心动态手段之一。本文结合淤积风险分析、动态预警及跟踪、改造前后对比、雨水管旱季出流监管等几个具体案例,进行了分析论证,供排水管理工作参考。

安全可靠运行的排水管网,关乎着城市的交通安全和居住环境的舒适程度,倘若因为某些原因造成地下的排水管网出现了淤积、堵塞、坍塌、破损等问题,随之可能出现路面积水、道路塌陷等危险。那如何及时预知并确保排除这些隐患呢?有人提出用CCTV去做管网普查,虽然该方法确实可以直观探查到地下管网的内部状况,但是对于城市海量的地下排水管网去逐一勘查,无疑是费时费力,管网管理者表示也是一笔负担不起的支出,但是又不得不解决这些问题【小编:而且,CCTV还需要降水位,只能获得检测当时的管网状态,之后如果变化还得重测。一句话,不在线啊……】。笔者想到鲁迅的一段名言:人们解决问题时,总喜欢选择折中的办法,你觉得屋子太闷想做扇天窗采光通风,有人就会引经据典论证开窗的弊端,但若你提出要掀开整座屋顶的时候,他们就觉得开个天窗实在太合理了。排水管网在线监测设备在这种环境下应运而生,既能动态、持续、多点位地监测地下管网的安全运行,又能很大程度上减少管网管理者的经济压力。         

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在摸排管网隐患问题时,能同时获取液位、流速、流量等数据的在线流量监测仪是排水管网定量诊断的核心角色,但考虑到经济成本和现场条件限制,选择更经济、安装更简单、适应面更广的液位监测仪,也是能解决相当部分的问题。【小编:特别是针对负荷监测跟踪和安全风险预警问题,多点散布的液位计是更理性的选择。】

一、污水管网的眼睛

如果输送到污水厂或者泵站的某节污水管道出现淤积、堵塞、坍塌、破损的情况(如:由于流速过慢沉积淤堵或地质塌陷造成管道错位挤压),刚开始可能仅表现为下游水量变小,上游液位增加的情况,这时还不太能引起管理者的注意。但随着时间的推移,因为传输受阻越来越多的管道沉积物在此处堆积,排水空间几乎会被封死,流速降低导致沉积物越来越多,造成管道堵塞的恶性循环。接踵而来的可能会造成以下问题:①液位高峰造成路面积水,扑鼻的异味污水在道路上漫流横行,行人皆掐鼻皱眉避之不及;②上游管网水压剧增,管道接缝不严密的地方会被水压挤开,污水在地下开始下渗,威胁到地下水的安全;③外渗的积水使路基长期浸泡,路面逐渐出现下凹、坍塌的情况,影响到交通运输;④污水处理厂收纳的水量也将下降,严重的情况可能低于污水厂的水量负荷下限,污水厂的正常运行受到限制。因此,对污水管网装上多个液位监测的“眼睛”是很有必要的。

生活污水管网的液位与人们的用水规律密切相关,管道液位的早晚大高峰和午间小高峰大多是民众生活工作作息时排水形成的现象。液位在线监测仪是如何监测管网的正常运行呢?笔者在某城市南部污水管网的汇流关键节点均布设了液位在线监测仪,如图1所示。

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1污水管网液位在线监测仪的布点示意图

污水管网的液位变化情况在分布式、多点位、分钟级的监测设备的密切持续监视下,相当于给地下排水管网插好了眼,随时向管理者提供全局透视般的视野。在持续在线监测过程中,发现某关键管网的液位从9月11日开始逐渐增加,直到9月22日液位逼近路面,并且保持高液位不退,如图2左。经笔者现场仔细勘查发现,该监测点的下游管道出现了较严重的四级淤积,污水排放受阻,如图2右。笔者向业主方汇报后,11月4日组织管网清淤疏通后,11月5日下降到以往的运行液位。液位在线监测仪起到了黑夜中一双眼睛的功能,为污水管网的正常运行保驾护航。

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2淤积点污水管液位监测曲线图(左)和管道勘查四级淤积照片(右)

二、雨水管网的灯塔

雨水管网的主要隐患有城市内涝、外水入渗、污水混接直排入河等问题,如果在雨水管网的关键汇流节点和排口也装上液位在线监测仪,会擦出怎样的火花呢?笔者在该城市的雨水管网安装了液位仪,如图3所示。


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3雨水管网液位在线监测仪的布点示意图

9月10日17:00时发生降雨量达65.5mm的降雨事件,立交桥下的雨水管道的液位曲线如图4所示,在液位超过报警线即将要发生冒溢事故前,液位监测平台向管网管理中心发出报警信息,于18:00时该片区的管理部门立刻组织人员去现场排涝,随即液位下降至报警线以下,警报解除。正值晚高峰的道路未发生内涝,保障了交通安全。暴雨天气大家下班能顺利安全回家,有预警预报能力的液位监测仪可以称得上排水管网的灯塔,指引管网管理中心前往内涝点及时组织抽水排涝。

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4污水管液位监测曲线(左)和现场排涝照片(右)

降雨事件发生时,通过液位监测仪获取的液位数据,笔者还能推算出多大的降雨能造成管网的内涝。因为雨水管网的液位增高面积与降雨量呈显著的正相关关系,液位增高面积即通过将液位增高高度(实测液位与旱季平均液位间的差值)对液位增高时间以1min为步长积分求和获得。这样在内涝应急预警工作中,液位峰值数据能为内涝或溢流事件提供及时有效的预警预报信息。

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5液位增高面积和降雨量的拟合曲线

三、海绵城市建设的成果考核

3.1海绵城市“水安全”的评估助手

海绵城市建设的成果考核提到要保障“水生态、水安全、水资源、水环境”,其中水安全指标的重要部分具体表现在雨水管网过载能力标准、排水防涝能力标准这两项指标。液位在线监测仪对雨水管网改造工程的建设效果有较好的监控能力,在发生达到设计降雨条件的降雨事件下,通过实时监测的管网液位数据,可以得出管道过载系数,与排涝标准对比即可评价改造工程的建设效果。

笔者在某南方海绵城市的内涝点管网改造处也安装了液位监测仪,如图6所示。

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6某海绵城市内涝监测点分布示意图

该处内涝点改造前后均有液位监测,该内涝点于2022年10月15日完成雨水管网改造,在原雨水管网的右侧新增DN800的管道,截取2022年6月8日的31.4mm降雨和11月6日的34mm降雨事件的液位曲线做对比,如图7所示。改造前的管道液位很高,31.4mm降雨量已造成内涝,溢流风险为94.09%,若发生强降雨很容易造成内涝;而改造后的管网液位在晴天液位较低,在34mm降雨过程中,管道液位未发生溢流,溢流风险为48.63%,保持在安全液位下运行,说明该处内涝点改造效果较好。因此液位监测仪为该海绵城市的内涝点改造评估提供科学可靠的监测工具。

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7内涝点改造前后降雨事件液位-时间曲线

3.2海绵城市“水环境”的侦探

“水环境”也是海绵城市建设工程考核的重要指标,若直排入河的雨水管道存在污水混接、偷排漏排的情况,对于城市河道水系水质存在较大的威胁。海绵城市的雨水管网布置在线监测系统完成后,发现某监测点的液位未发生降雨时也有明显液位波动,设备运行自检处于正常工况,说明该监测点存在旱季出流的情况,如图9左。笔者根据液位监测曲线的波动规律时间点去监测点现场观察,打开检查井就闻到生活污水的异味且有水流(如图8左),推测是生活污水管混接到雨水管道。管网管理者意识到污水混接是河道水环境的主要威胁,指示一定要排查到混接点。笔者对该区域雨水、污水上游管网拓扑分析后,筛选列出可能是混接点的清单,用手持式流量监测设备逐一排查(如图8右),依据流量守恒和水量平衡关系确定污水的来源,最终在上游某小区找到了雨污混接点。管网管理者对该小区物业方发出整改要求,整改完成后,该监测点在晴天的液位曲线恢复正常(如图9右)。

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8雨水管道晴天有出流(图左)和上游混接点排查(图右)现场图
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9内涝点上游小区整改前(图左)和后(图右)液位-时间曲线

四、总结

通过对液位在线监测仪在污水管网、雨水管网、海绵城市的内涝点改造和辅助溯源排查污水混接的四个应用案例描述,分别展示液位监测仪对于排水管网的安全可靠运行有着监控、指引、评估等功能。液位在线监测仪应用场合非常广泛,还有更多应用场合,可以参见本公众号#乱弹23:液位监测诊断与分析评估。液位在线监测仪除了安装在管道窨井的常规液位在线监测仪(TWP、THC)以外,清环智慧水还又推出THWater分布式微型液位仪(TWE),一款适用于大规模、分布式、高密度布设、体积小巧便于隐藏安装的液位监测仪,详情见本公众号#乱弹81:分布式微型液位计应用场景(上)#乱弹82:分布式微型液位计应用场景(下)

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THWater排水液位在线监测设备,是建立城市排水管网监测体系的有效工具,也是经济实惠、数据可靠的主要监测手段,为管网淤积、入流入渗、内涝评估等问题及时诊断分析提供数据,可动态为排水系统“把脉”,为排水管网问题诊断、风险管控等提供具体指引。

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收录于合集 #智慧排水之乱弹合集
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