本發(fā)明屬于市政排水管網(wǎng)，涉及一種排水管道流量監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、超聲波多普勒流量計(jì)是目前排水管道流量測量中廣泛使用的一種流量監(jiān)測設(shè)備，其原理是基于超聲波頻移效應(yīng)解析排水管道水力斷面平均流速，同時(shí)搭載液位傳感器，通過液位監(jiān)測計(jì)算水力斷面面積，最后通過面積-流速法對管道流量進(jìn)行在線測量，通常適用于非滿流、大管徑的排水管道流量監(jiān)測。然而在實(shí)際工程中中，多普勒超聲波流量計(jì)探頭在排水管道中易掛污、易受到水流沖擊等影響，導(dǎo)致其實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)際存在較大偏差，且超聲波流量計(jì)探頭等需定期運(yùn)維養(yǎng)護(hù)，購置和運(yùn)營成本較高。而電磁流量計(jì)主要基于電磁感應(yīng)法對壓力管道流量進(jìn)行檢測，其流量監(jiān)測精度通常較高，特別是對于含有顆粒性污染物的雨污水水體，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單且購置和運(yùn)維成本明顯更低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種排水管道流量監(jiān)測裝置及方法，本發(fā)明主要基于封堵系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對排水管道流量數(shù)據(jù)的臨時(shí)性精確檢測，同時(shí)基于排水管道液位-流量分析，可實(shí)現(xiàn)基于液位監(jiān)測數(shù)據(jù)對排水管道流量進(jìn)行推導(dǎo)。

2、本發(fā)明的第一方面，提供一種排水管道流量監(jiān)測裝置，包括封堵系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)，封堵系統(tǒng)用于對排水管道中的上游來水進(jìn)行封堵，抽水系統(tǒng)用于將排水管道內(nèi)的來水提升至監(jiān)測系統(tǒng)，以使上游來水全部通過抽水系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測實(shí)時(shí)流量；其中，

3、封堵系統(tǒng)包括環(huán)形進(jìn)水口和進(jìn)水管，進(jìn)水管一端連接進(jìn)水口，另一端通過連接法蘭與中空氣囊的進(jìn)水端連接，中空氣囊中間貫穿一根氣囊中空管，中空氣囊出水端一側(cè)設(shè)有氣管接口，氣管接口連接氣管，氣管上端連接氣泵，用于控制中空氣囊的氣壓。

4、優(yōu)選的，抽水系統(tǒng)包括進(jìn)水連接管、水泵、線纜和出水連接管，進(jìn)水連接管兩端分別通過連接法蘭與氣囊中空管的出水端和水泵進(jìn)水端連接，水泵用于將排水管道內(nèi)的水體提升至地面的監(jiān)測系統(tǒng)，線纜連接配電箱和發(fā)電機(jī)，用于給水泵供電，出水連接管用于將水泵出水輸送至地面的監(jiān)測系統(tǒng)。

5、優(yōu)選的，監(jiān)測系統(tǒng)包括閥門、流量計(jì)進(jìn)水管、電磁流量計(jì)、流量計(jì)出水管、泄水管和液位計(jì)，泄水管用于排放檢測后的水體，液位計(jì)安裝于泄水管出水檢查井下游的排水管道平直段管底中心，用于檢測管道液位，閥門連接在出水連接管和流量計(jì)進(jìn)水管之間，電磁流量計(jì)連接在流量計(jì)進(jìn)水管和流量計(jì)出水管之間，泄水管連接在流量計(jì)出水管上。

6、優(yōu)選的，封堵系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)部分的安裝于一臺移動(dòng)工程車內(nèi)，氣泵、配電柜、發(fā)電機(jī)、閥門、電磁流量計(jì)、流量計(jì)進(jìn)水管、流量計(jì)出水管均固定安裝在工程車內(nèi)。

7、本發(fā)明的第二方面，提供一種排水管道流量監(jiān)測方法，使用上述任一項(xiàng)所述的一種排水管道流量監(jiān)測裝置，包括臨時(shí)監(jiān)測階段和長期監(jiān)測階段，其中，臨時(shí)監(jiān)測階段具體包括如下步驟：

8、s1點(diǎn)位選?。航Y(jié)合流量監(jiān)測需求，對擬進(jìn)行流量監(jiān)測的市政排水管道進(jìn)行初步探查，并按下列要求選取監(jiān)測位置：擬監(jiān)測位置管道晴天液位最大充滿度不超過75％；監(jiān)測位置管道平直，且擬放置水泵的檢查井及其下游連續(xù)兩個(gè)檢查井內(nèi)沒有支管接入；下游連續(xù)兩個(gè)檢查井之間的管道內(nèi)沒有支管暗接或管道破損導(dǎo)致的外水滲入情形，下游連續(xù)兩個(gè)檢查井整段管道水力要素一致；

9、s2系統(tǒng)設(shè)備選型與組裝：根據(jù)排水圖紙獲取監(jiān)測管段管道的管徑d、坡度i、埋深h和管材基本信息，計(jì)算管道充滿度75％時(shí)的流量作為水泵提升流量的最大值，以檢查井m1的井深作為水泵提升的所需揚(yáng)程，進(jìn)行水泵選型，使電磁流量計(jì)的流量監(jiān)測上限值高于管道充滿度75％時(shí)的流量值；

10、s3現(xiàn)場安裝：所需設(shè)備應(yīng)用專用工程車進(jìn)行歸納，并統(tǒng)一運(yùn)送至監(jiān)測點(diǎn)位，監(jiān)測前應(yīng)對檢查井m1和檢查井m2管段對應(yīng)市政道路及工程車停靠范圍進(jìn)行圈圍；現(xiàn)場安裝時(shí)，首先將連接好的封堵系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)的所有配件置于地面，其中閥門、電源、氣泵均調(diào)節(jié)為關(guān)閉狀態(tài)，然后在檢查井m1井口上方安裝三角起重架，將中空氣囊、水泵吊裝至檢查井m1底部，然后利用吊鉤調(diào)整中空氣囊放置位置，使其完全置于檢查井m1上游管道底部，最后將泄水管的出水端置于下游檢查井m2井內(nèi)；

11、s4系統(tǒng)啟動(dòng)：首先打開工程車內(nèi)的移動(dòng)電源，通過配電箱啟動(dòng)氣泵為中空氣囊充氣，當(dāng)檢查井m1井上游管道完全封堵后停止充氣，開啟閥門至最大開啟度，啟動(dòng)水泵，泄水管開始排水；

12、s5數(shù)據(jù)觀測：監(jiān)測過程中對流量計(jì)進(jìn)水管進(jìn)行觀察，應(yīng)通過調(diào)整閥門開啟度，使進(jìn)水管始終保持剛好滿流的狀態(tài)，以確保電磁流量計(jì)監(jiān)測準(zhǔn)確；監(jiān)測過程中，根據(jù)監(jiān)測需求設(shè)置流量、液位數(shù)據(jù)讀取間隔，定時(shí)讀取電磁流量計(jì)讀數(shù)，即可完成排水管道瞬時(shí)流量的臨時(shí)監(jiān)測；

13、s6臨時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)拆除：獲取足夠數(shù)據(jù)后，即可對封堵系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行拆除保管，保留液位監(jiān)測裝置進(jìn)行液位監(jiān)測

14、優(yōu)選的，所述長期監(jiān)測階段包括：

15、step1液位-流量關(guān)系式分析：將實(shí)測排水管道液位y、流量q數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)分析軟件origin，以液位y作為自變量，流量q為因變量，使用非線性曲線擬合工具，輸入以下兩個(gè)擬合公式：

16、

17、

18、式中：q為管內(nèi)流量，i為管道坡度，d為管徑，n為管道粗糙系數(shù)，為管道中心到液面線兩端的夾角，y為管內(nèi)液位；

19、監(jiān)測點(diǎn)管徑d、坡度i數(shù)值，迭代運(yùn)算后得到擬合的y-q曲線和n值，即可得到該監(jiān)測點(diǎn)的液位-流量關(guān)系式，表示如下：

20、

21、θ＝2cos-1(1-6.73y)?(4)；

22、step2長期監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：長期監(jiān)測期間，通過將獲取的實(shí)測液位y監(jiān)測數(shù)據(jù)代入液位-流量關(guān)系式，即可解析得到該液位代表的流量數(shù)值，以便對管道運(yùn)行狀況進(jìn)行分析判斷。

23、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

24、本發(fā)明提供的一種排水管道流量監(jiān)測裝置及方法，通過本系統(tǒng)裝置可將排水管道中的非滿流轉(zhuǎn)變?yōu)橛袎毫鳎倮秒姶帕髁坑?jì)進(jìn)行流量監(jiān)測，對比超聲波多普勒流量計(jì)，電磁流量計(jì)從原理上看，可獲得更準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。

25、本發(fā)明形成了一種低成本的長期流量監(jiān)測方法，電磁流量計(jì)使用成本較超聲波多普勒流量計(jì)明顯更低，且基于本發(fā)明的液位-流量關(guān)系式分析方法，可實(shí)現(xiàn)在長期監(jiān)測過程中，利用液位計(jì)監(jiān)測替代流量計(jì)監(jiān)測，同樣能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)的流量分析，可大大降低流量監(jiān)測設(shè)備的投入成本和后期運(yùn)維成本。

26、本發(fā)明形成了一種靈活度高、操作簡單、便于運(yùn)維的車載流量監(jiān)測系統(tǒng)裝置，本系統(tǒng)主要配件均為市面常見，各管網(wǎng)專業(yè)運(yùn)維單位均可以進(jìn)行簡易采購或利用現(xiàn)有導(dǎo)排設(shè)備和工程車輛進(jìn)行改裝，且各配件操作簡單，無需復(fù)雜專業(yè)運(yùn)維，具有工作效率高、便于運(yùn)維優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種排水管道流量監(jiān)測裝置，其特征在于：包括封堵系統(tǒng)(1)、抽水系統(tǒng)(2)和監(jiān)測系統(tǒng)(3)，封堵系統(tǒng)(1)用于對排水管道中的上游來水進(jìn)行封堵，抽水系統(tǒng)(2)用于將排水管道內(nèi)的來水提升至監(jiān)測系統(tǒng)(3)，以使上游來水全部通過抽水系統(tǒng)(2)進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)(3)，監(jiān)測系統(tǒng)(3)用于監(jiān)測實(shí)時(shí)流量；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種排水管道流量監(jiān)測裝置，其特征在于：抽水系統(tǒng)(2)包括進(jìn)水連接管(201)、水泵(202)、線纜(203)和出水連接管，進(jìn)水連接管(201)兩端分別通過連接法蘭與氣囊中空管(105)的出水端和水泵(202)進(jìn)水端連接，水泵(202)用于將排水管道內(nèi)的水體提升至地面的監(jiān)測系統(tǒng)(3)，線纜(203)連接配電箱(204)和發(fā)電機(jī)(205)，用于給水泵(202)供電，出水連接管(206)用于將水泵(202)出水輸送至地面的監(jiān)測系統(tǒng)(3)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種排水管道流量監(jiān)測裝置，其特征在于：監(jiān)測系統(tǒng)(3)包括閥門(301)、流量計(jì)進(jìn)水管(302)、電磁流量計(jì)(303)、流量計(jì)出水管(304)、泄水管(305)和液位計(jì)(306)，泄水管(305)用于排放檢測后的水體，液位計(jì)(306)安裝于泄水管(305)出水檢查井下游的排水管道平直段管底中心，用于檢測管道液位，閥門(301)連接在出水連接管(206)和流量計(jì)進(jìn)水管(302)之間，電磁流量計(jì)連接在流量計(jì)進(jìn)水管(302)和流量計(jì)出水管(304)之間，泄水管(305)連接在流量計(jì)出水管(304)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種排水管道流量監(jiān)測裝置，其特征在于：封堵系統(tǒng)(1)、抽水系統(tǒng)(2)和監(jiān)測系統(tǒng)(3)部分的安裝于一臺移動(dòng)工程車內(nèi)，氣泵(108)、配電柜(204)、發(fā)電機(jī)(205)、閥門(301)、電磁流量計(jì)(303)、流量計(jì)進(jìn)水管(302)、流量計(jì)出水管(304)均固定安裝在工程車內(nèi)。

5.一種排水管道流量監(jiān)測方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種排水管道流量監(jiān)測裝置，包括臨時(shí)監(jiān)測階段和長期監(jiān)測階段，其中，臨時(shí)監(jiān)測階段具體包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種排水管道流量監(jiān)測方法，其特征在于，所述長期監(jiān)測階段包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種排水管道流量監(jiān)測裝置及方法，該裝置包括封堵系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)，封堵系統(tǒng)用于對上游來水進(jìn)行封堵，抽水系統(tǒng)用于將來水提升至監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測實(shí)時(shí)流量；封堵系統(tǒng)包括環(huán)形進(jìn)水口和進(jìn)水管，進(jìn)水管一端連接進(jìn)水口，另一端通過連接法蘭與中空氣囊的進(jìn)水端連接，中空氣囊中間貫穿一根氣囊中空管，中空氣囊出水端一側(cè)設(shè)有氣管接口，氣管接口連接氣管，氣管上端連接氣泵，用于控制中空氣囊的氣壓。通過本系統(tǒng)裝置可將排水管道中的非滿流轉(zhuǎn)變?yōu)橛袎毫鳎倮秒姶帕髁坑?jì)進(jìn)行流量監(jiān)測，對比超聲波多普勒流量計(jì)，可獲得更準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。

技術(shù)研發(fā)人員：丁睿,王曉明,張愛紅,史書華,張亞潔,陳茸茸,王威威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長江生態(tài)環(huán)保集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9