一种排水洞淤砂监测系统的研发

王静　王社良

摘 要：排水洞在现代工业和日常生活中发挥着重要作用，其是污水排放、废水处理后排放的重要通道，淤砂会影响其正常工作。基于此，本文以目前排水洞淤砂监测系统的不足作为出发点，分析一种排水洞淤砂监测系统的研发，并给出研发的思路、主要技术以及模拟实验，以期通过分析使相关理论不断完善，并为后续具体工作的开展提供一定的参考和帮助。

关键词：排水洞；淤砂；传感器；流量监测系统

文章编号：1004-7026（2018）05-0103-02 中国图书分类号：F275.3 文献标志码：A

淤砂通常是废水、生活污水中固体部分在排水洞中沉积形成的，其会影响排水洞的排水性能。由于我国大部分城市采用“雨污同流”的排水模式，淤砂的存在可能导致排水不畅、积水等问题，在短时间内无法完成“雨污同流”到“雨污分流”改造的情况下，对淤砂进行监测显得十分必要。目前的排水洞淤砂监测系统不尽完善，分析新式排水洞淤砂监测系统的研发有一定的积极作用。

1 目前排水洞淤砂监测系统的不足

1.1 过度依赖人员工作

目前的排水洞淤砂监测，主要依靠人员进行，包括城市排水洞淤砂和工厂排水洞淤砂等，这一模式已经应用了较长时间，实际效果方面也并不完全理想，人员的监测范围有限，而且无法精确了解排水洞内部的具体情况，排水洞转弯、拐角处的淤砂也难以被发觉，这均是人员监测以及目前整个排水洞淤砂监测系统的不足。

1.2 监测机制不够完善

监测机制方面，目前我国大部分地区对排水洞淤砂监测采用的是周期清理、问题清理机制。即每隔一段时间进行一次集中清理，将淤砂清除，或者在出现淤塞问题后针对性的进行清理，这两种机制带有一定的可行性，但由于淤塞等情况的发生并无规律可循，这一机制也就显得不尽完善了，尤其是问题清理机制，往往在问题发生后才能起到作用，这一问题也应在后续工作中设法解决。

1.3 监测带有滞后性

滞后性是目前排水洞淤砂监测系统的主要不足，其主要体现在问题处理方面。淤砂的淤积到淤塞，是一个缓慢持续的过程，在淤积最初出现时，往往无法被察觉，尤其是排水洞的拐角等处，由于水流在力的作用下会出现打旋的情况，淤砂会渐渐聚拢而不是被冲散，淤塞也就渐渐形成了。监测无法察觉，直到问题出现、影响排水洞的正常工作，滞后性明显。

2 新式排水洞淤砂监测系统的研发

2.1 监测系统研发的思路

鉴于排水洞特殊的工作环境，新式排水洞淤砂监测系统研发的思路主要集中在有效实时监测方面。现有的技术和设备为研发提供了基本支持。总体而言，针对现有排水洞淤砂监测系统滞后性、监测机制等问题，新式排水洞淤砂监测系统通过较为强大的有线通信技术和传感技术，实现对排水流量的监测，并以常规流量作为参考，当发现二者的差异超过安全值时，即发出警报，避免问题的出现。该研发思路是受到智能技术和传感技术、通信技术的三重影响，立足于当前系统的不足提出、设计的[1]。

2.2 监测系统的主要结构和支持技术

2.2.1 监测系统的主要结构。新式排水洞淤砂监测系统主要由三大部分和各类附属设施联合构成。三大部分是指传感器、传输线路、单片机；附属设施包括防水膜、固定设备等。传感器负责对淤砂情况进行监测，其直接监测对象为水流量，根据标准水流量和实际水流量情况的差异判断是否存在淤砂。传输线路是信息传输反馈的通道，鉴于排水洞特殊环境，无线通信存在一定困难，因此以线路作为传输的主要工具。单片机主要负责记忆各类工作流程和参数，传感器收集的信息由单片机进行分析和整理，其是淤砂情况判断的核心设备。防水膜可以保证系统免遭水的侵蚀和破坏，固定设备能够保证系统构件牢固的固定在排水洞中[2]。

2.2.2 监测系统的主要支持技术。新式排水洞淤砂监测系统的主要支持技术是传感技术、通信技术和集成技术。传感技术主要应用于数据收集，依靠大量分布的感应器对水流情况进行收集，作为判断实际情况的依据。通信技术主要为有线通信，依靠线路将整个系统连为一体，并将传感器收集的信息进行传输。集成技术是监测系统能够正常进行工作的关键，其是将各类技术集成到一个系统中、保证其兼容并发挥作用的一项技术。人员在对各类技术进行集成时，分别考虑了工作电压、电流等信息，并在兼容的基础上进一步研究了后续升级的可能，确保监测系统满足使用并拥有更广泛的使用空间。

2.3 监测系统的工作流程

通过反复测量了解排水洞在正常情况下的流量情况，作为参数构建的基础，核心指标包括每日流量、周流量、月流量、季度流量、年流量、最大值、最小值等，并取平均数，作为基础参数，再考虑该排水洞水流量的增长变化，做为动态参数值，共同带入系统中。如某排水洞的排水量为100t/d，最近五年的增长率为5%，则设定其每天排流量标准值为105t。其他参数的设定也遵循这一基本原则，将获取的全部参数代入系统中，并通过单片机进行存储和记忆。完成了各构件的制造、数据代入后，在断电的情况下，通过电力线路将各个构件连为一体，之后固定在排水洞的顶部，传感器则分布于排水洞四周，准备工作即完成[3]。随后在排水洞进行排水作业时，传感器收集排水的流量情况，包括速度、阶段时间内流量、最大值、最小值等，并将数据以120s为间隔，不断传输至单片机处，单片机的中央处理器对数据进行分析，如果其处于正常值范围内，则淤砂情况不存在或者不严重，信息将通过传输线路被输出至控制段；如果流量值明显小于标准值、且小于最小标准值，则意味着淤砂情况较为严重，人员则对应进行处理。

以上为监测系统的大致工作流程，在具体应用时，需考虑排水洞实际环境，尤其是防水膜的使用和固定设施的使用，避免系统被水侵蚀损坏或者掉入水中。

2.4 模拟实验

为证实上述理论，人员进行了模拟实验。模拟对象为某市区排水洞系统，模拟内容为每日排水量分析，该排水洞每日排水量为124.6t，变化幅值方面，近五年呈现上升趋势，平均为1.6%，最大值方面，在夏秋季节雨水较多时，每天可以达到151.2t，最小值方面，出现在冬季，为94.3t。人员根据上述情况设定了初步参数值，每日流量为126.6t，最大值为153.6t，最小值为95.8t。考虑实际动态变化和淤砂影响，设定变化值域为±10%，最终确定各项参数值：每日流量为113.9-139.2t，最大值为138.2-168.9t，最小值为86.2-105.3t。实验在此基础上展开。为求快速获得实验结果，认为通过改变参数进行模拟。实验共进行6次，前三次对每日流量、最大值、最小值在标准范围内进行调整，系统数据传输正常；第四次、第五次、第六次分别调整每日流量、最大值、最小值处于异常情况，系统准确给予捕捉，并发生警报。

通过计算机模拟实验，证实了新式排水洞淤砂监测系统在实际工作中的作用，其能够较为准确的捕捉和分辨排水洞中的排水情况，并据此发出警报。后续工作中，可以考慮应用。

结束语

通过分析排水洞淤砂监测系统的研发，了解了相关基本内容。目前排水洞淤砂监测系统存在一定不足，包括过度依赖人员工作、监测机制不够完善、监测带有滞后性等，新式排水洞淤砂监测系统可以避免上述问题，其主要技术支持包括传感技术、通信技术、集成技术等，通过模拟实验，证实了新式排水洞淤砂监测系统在技术方面的可行性以及应用效果。后续工作中，应用上述理论有助于排水洞淤砂监测工作的优化。

参考文献：

[1]吉芳英，颜达超，范剑平.淤砂分离器对污泥特细无机砂的分离效能[J].中国给水排水，2016，32（01）：54-57.

[2]林于廉，吉芳英，陈猷鹏.主要结构参数对污泥淤砂分离器分离效能的影响[J].给水排水，2015，51（05）：141-146.

[3]晏鹏，吉芳英，颜达超.排口比对污泥淤砂分离器分离效能的影响[J].环境工程学报，2014，8（09）：3596-3600.