THWater®智慧排水监测

液位数据判定雨污混接的作用与局限—智慧排水之乱弹(61)

作者:赵康乾 李萌

小编按:针对排水管网的运行状况,最容易的方法就是做水位监测。稳定持续的水位监测一方面可以动态反映排水管网负荷和风险变化,一方面可以通过一段时间液位数据变化来分析排水管网问题,那么针对雨污混接问题,利用液位数据能做什么?增加流量后能进一步做什么?且看本文分解


雨污混接是影响城市排水系统健康运行的问题之一,在线液位监测以其数据直观、容易监测、不易失效、现场采集难度低、维护成本低的优势,开始逐步应用于汛期污水冒溢预警监管的场景中【小编:要持续获得稳定可靠的排水管网水位数据,也是需要做专门优化的,参考:超声液位测量的深度补偿优化—智慧排水之乱弹(32)】。


进一步的,我们希望利用历史液位数据与降雨数据判断雨污混接源头的位置,条件为“降雨期间管道液位上升,说明其上游存在雨污混接源”。例如下图展示的真实监测数据,管道液位与降雨雨峰有很好的响应关系,那么这根管道上游一定存在雨水入污的问题点。这样去判断对吗?


我们的回答是:“对,但不完全对。”


A.对的那一半

“降雨期间管道液位上升则其上游存在混接”基于一个朴素的认知,即管道中液位越高,说明其流量越大。这在大部分时间都是成立的,以恒定明渠流条件为例,此时管道液位与流速满足谢才公式,如下图所示,确实是液位越高流量越大


THWater智慧排水平台网页端集成了这一功能,可以利用管道流速与液位数据拟合谢才公式,以下图展示的真实数据为例,很好的体现了非满管流时流速液位对谢才公式的匹配性(同时侧面印证THWater流量计监测数据的可靠性)。


当然,以上讨论基于恒定流的条件,不过我们可以基于更简单的质量守恒定律来解释这件事:上游流量增加,管道来不及排放,水积存在管道中导致液位上升。因此,即使降雨期间管网内处于“强烈的”非恒定流状态,大部分情况下确实液位升高代表其上游来水量增加,即存在混接雨水。

问题在于,在分析液位的时候,要始终记住我们面对的是一个连通的系统,而非单独的管道,需要在系统化视角下审视管道液位变化的原因。


B.不对的那一半

回到开篇的案例,实际中我们监测了干管液位L,两路支管流量F(含液位),监测点布置如下图所示。

监测结果表明,两路支管的液位均在降雨期间上涨,但仅其中一路存在雨水混接流量,另一路支管在降雨期间流量并未显著增加,如下图所示:



原因在于,作为复杂管网系统中的一段,管道液位不仅受上游条件影响,还受下游控制,在本例中,当干管液位上涨至支管高度时,支管液位受干管顶托影响而上涨,通过对比干管与两路支管的液位可以明显的看出这一连通效应带来的影响:


从结果来看,这导致了不管支管上游来水量是否增加,在靠近干管的管段,液位均受干管液位顶托而上涨,此时仅仅凭管道液位已无法直接判断混接问题了

本例揭示的现象本质为非恒定流条件下管道液位相关关系的复杂性,寄希望于简单的投下单个液位计,依赖“降雨期间液位接上涨”来判断是否有雨污混接的方法是有局限性的。


C.思考

管网中引起液位变化的原因十分复杂,就雨污混接分区诊断来说,采用流量监测的方法更加直观与便捷,采用THWater智慧排水流量计开展一到两场降雨的流量临测可以快速测量管道上游分区中雨污混接流量。

另一方面,我们在开展液位监测与分析时需要多多关注上下游管道液位的相关关系,从“多点液位变化一致性”的角度出发,发掘管道中实际的水力学原因,以避免缘木求鱼。这需要监测人员具有对排水系统足够多的理论知识与实际经验,THWater智慧排水兼具专业排水监测设备与行业专家,深耕排水监测细分领域,认真服务排水行业的每一件小事。


北京清环水务技术研究院/北京清环智慧水务科技有限公司,专注于智慧排水管网在线监测及服务。


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