深層隧道排水區域液位在線監測係統的設計與構建

作者:Carina    發表日期:2018-05-17 12:25:54

北極星環保網訊:導讀:廣州市東濠湧流域排水係統由淺層排水係統與深層隧道排水係統組合而成,係統構成複雜,且在國內無可參考的調度運行經驗,管理難度較大。基於廣州深層隧道排水係統東濠湧試驗段工程的建設,結合給水排水、物聯網和自動化控製等專業技術,設計構建了一套排水管網液位在線監測係統,使得調度人員能夠遠程掌握排水管網的實時液位情況,及時作出調度決策。經測試運行,該係統能有效實現內澇點液位、設備工況等數據信息的實時採集與無線遠程傳輸,液位信息在線查詢以及曆史數據調用,實現對東濠湧深隧排水係統內澇監測優化,並為深隧排水係統優化調度研究提供實時、準確的基礎數據,有利於最大化發揮深隧排水係統減少內澇和溢流污染的作用,同時以優先利用淺層排水係統為原則,降低深層隧道的使用頻率,降低運行成本。

近些年來,我國諸多城市在雨季發生了危害市民人身和財產安全的內澇事件,所引發的城市內澇和溢流污染問題備受關注。城市內澇的成因較綜合,既有城市下墊麵硬化造成的洪峰提前和匯流量急劇增加,也有城市熱島效應造成的暴雨頻率增加;既有城市排水管網設計重現期偏小,也有管道建成後運營管理手段薄弱等不足。對於城市建成區,城市下墊麵和氣候條件等客觀因素無法改變,而且城市老城區建築密集,加上地鐵和綜合體開發,淺層地下空間利用難度和成本都越來越大。為此,需尋找新的思路解決中、大型城市老城區的城市內澇問題,深隧排水係統(簡稱深隧)建設在地麵以下40m左右的深層地下空間,可避免大量征地和拆遷,在國外已得到諸多工程應用,為改善城市排水能力的重要手段之一。但深隧因深埋於地下,並且需做好與淺層排水管網的配合使用,管理難度大,傳統的排水管網管理手段已不能滿足此類複雜排水係統的現代化管理需求。因此,提出通過建設現代化的排水管網液位在線監測係統,優化排水管網的運行調度方式。

1 液位在線監測係統建設需求

1.1

深隧排水係統調度運行需求據廣州市水務相關部門統計,自2010年至2014年,廣州東濠湧流域發生過內澇的地點約30處,重現期處於0.5~5年之間不等,為提高深隧排水係統對內澇的調控能力,需對深隧排水係統上遊的淺層管網內澇點進行實時監測,採集更廣泛的數據作為調度控製依據。因此,如何獲取精確、實時的監測數據是實現深隧排水係統精確調度運行的重要問題。液位在線監測係統通過不斷採集大量的內澇點液位數據,建立龐大的數據庫,可開發出基於實測內澇點液位數據的深隧排水係統調度運行方案,指導相關閘、泵的開或關,可使深隧排水係統的調度控製方案更加科學、精確,實現對城市內澇的精確控製。

1.2

排水管網運行管理和優化需求現階段,我國大部分城市判斷排水管網狀況時,多採用經驗判斷而非科學有效的技術手段。經調研,東濠湧流域內的排水泵站和閘站等排水設施的運行,通常是根據經驗水位進行泵、閘的開啟和關閉,存在調度時間滯後、準確性不高等缺陷。

通過內澇水位監測係統,實現對排水管網液位實時、動態的監測,不僅是深隧排水係統精確調度運行的重要手段,同時也為其他類型排水係統的運行管理提供了科學、信息化的手段。基於實測的液位數據,可對排水泵站的水泵組合進行優化,不僅可以減少能耗,而且能提高閘、泵站對城市內澇的調控能力。監測數據還可供防汛、運行管理、養護等相關部門使用, 為實現排水管網科學管理和管網改造提供依據。

1.3

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內澇預警需求我國部分城市正在開展路麵積水在線監測和預警,通過實時監測掌握道路積水情況。然而,僅監測路麵積水情況,無法在內澇發生前採取控製措施,常處於事後處理的局麵。而排水管網水位監測係統的液位監測設備可安裝在窨井內,當內澇點井內水位達到警戒值時,防汛部門可提前根據實時數據作出應急措施,如啟用深隧排水係統或進行淺層排水泵站、閘站的調度,防止內澇發生。當路麵淹水發生內澇時,本係統的液位監測設備亦可監測到路麵積水情況,便於防汛部門及時採取相關措施及時提醒人民群眾出行注意安全。

2 液位在線監測係統結構

液位在線監測係統由數據採集層、網絡傳輸層、應用管理層和信息發佈層四部分組成。液位在線監測係統的基本架構如圖1所示,其中液位計傳感器安裝於內澇點處的排水管網檢查井中以及閘前、泵站集水池處,用於測量內澇點處管網水位和閘門、泵站液位。東濠湧流域設有20餘個內澇液位監測點和雨量監測點,數據傳輸單元(DTU)通過GPRS無線網絡,將傳感器測量得到的液位數據傳輸到服務器後台。服務器後台則存儲和處理各個內澇點的實時液位數據,作為深隧調度運行和排水管網養護管理的依據。

深層隧道排水區域液位在線監測係統的設計與構建

圖1 液位在線監測係統架構示意

2.1

數據採集層數據採集層主要由液位計傳感器、數據傳輸單元(DTU)和電源組成。

(1)液位計傳感器

液位計傳感器是內澇監控點液位監測係統的重要組成,其監測數據直接影響到排水管網的調度管理決策及深隧排水係統的調度優化研究結果。液位計傳感器需要選擇精度高、量程合適、穩定性好的類型。此外,由於內澇點通常位於城市的馬路上或人行道上,並且分佈較為分散,電力和通訊設備難以匹配到位,應選取低能耗的類型;且排水管網的污水環境較為惡劣,需選用防水等級IP68、材質耐腐蝕的設備。針對本係統所選用的壓阻式液位傳感器,在實驗室模擬排水管道窨井,放入液位計並改變窨井中液位,進行實際測量液位與設定液位的線性回歸分析,測量液位值呈現的線性度良好,測量值與設定值線性相關系數為0.9975,誤差較小,精度符合要求(見圖2)。此外,在測試過程中,同一液位情況下,多次進行測量,測量液位變化不大,穩定性良好。

深層隧道排水區域液位在線監測係統的設計與構建

圖2 液位計實驗室測試結果線性回歸分析


本文來源:http://huanbao.bjx.com.cn/news/20180117/874824.shtml

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