一種排水洞淤砂監測系統的研發

王靜　王社良

摘 要：排水洞在現代工業和日常生活中發揮著重要作用，其是污水排放、廢水處理后排放的重要通道，淤砂會影響其正常工作。基于此，本文以目前排水洞淤砂監測系統的不足作為出發點，分析一種排水洞淤砂監測系統的研發，并給出研發的思路、主要技術以及模擬實驗，以期通過分析使相關理論不斷完善，并為后續具體工作的開展提供一定的參考和幫助。

關鍵詞：排水洞；淤砂；傳感器；流量監測系統

文章編號：1004-7026（2018）05-0103-02 中國圖書分類號：F275.3 文獻標志碼：A

淤砂通常是廢水、生活污水中固體部分在排水洞中沉積形成的，其會影響排水洞的排水性能。由于我國大部分城市采用“雨污同流”的排水模式，淤砂的存在可能導致排水不暢、積水等問題，在短時間內無法完成“雨污同流”到“雨污分流”改造的情況下，對淤砂進行監測顯得十分必要。目前的排水洞淤砂監測系統不盡完善，分析新式排水洞淤砂監測系統的研發有一定的積極作用。

1 目前排水洞淤砂監測系統的不足

1.1 過度依賴人員工作

目前的排水洞淤砂監測，主要依靠人員進行，包括城市排水洞淤砂和工廠排水洞淤砂等，這一模式已經應用了較長時間，實際效果方面也并不完全理想，人員的監測范圍有限，而且無法精確了解排水洞內部的具體情況，排水洞轉彎、拐角處的淤砂也難以被發覺，這均是人員監測以及目前整個排水洞淤砂監測系統的不足。

1.2 監測機制不夠完善

監測機制方面，目前我國大部分地區對排水洞淤砂監測采用的是周期清理、問題清理機制。即每隔一段時間進行一次集中清理，將淤砂清除，或者在出現淤塞問題后針對性的進行清理，這兩種機制帶有一定的可行性，但由于淤塞等情況的發生并無規律可循，這一機制也就顯得不盡完善了，尤其是問題清理機制，往往在問題發生后才能起到作用，這一問題也應在后續工作中設法解決。

1.3 監測帶有滯后性

滯后性是目前排水洞淤砂監測系統的主要不足，其主要體現在問題處理方面。淤砂的淤積到淤塞，是一個緩慢持續的過程，在淤積最初出現時，往往無法被察覺，尤其是排水洞的拐角等處，由于水流在力的作用下會出現打旋的情況，淤砂會漸漸聚攏而不是被沖散，淤塞也就漸漸形成了。監測無法察覺，直到問題出現、影響排水洞的正常工作，滯后性明顯。

2 新式排水洞淤砂監測系統的研發

2.1 監測系統研發的思路

鑒于排水洞特殊的工作環境，新式排水洞淤砂監測系統研發的思路主要集中在有效實時監測方面。現有的技術和設備為研發提供了基本支持。總體而言，針對現有排水洞淤砂監測系統滯后性、監測機制等問題，新式排水洞淤砂監測系統通過較為強大的有線通信技術和傳感技術，實現對排水流量的監測，并以常規流量作為參考，當發現二者的差異超過安全值時，即發出警報，避免問題的出現。該研發思路是受到智能技術和傳感技術、通信技術的三重影響，立足于當前系統的不足提出、設計的[1]。

2.2 監測系統的主要結構和支持技術

2.2.1 監測系統的主要結構。新式排水洞淤砂監測系統主要由三大部分和各類附屬設施聯合構成。三大部分是指傳感器、傳輸線路、單片機；附屬設施包括防水膜、固定設備等。傳感器負責對淤砂情況進行監測，其直接監測對象為水流量，根據標準水流量和實際水流量情況的差異判斷是否存在淤砂。傳輸線路是信息傳輸反饋的通道，鑒于排水洞特殊環境，無線通信存在一定困難，因此以線路作為傳輸的主要工具。單片機主要負責記憶各類工作流程和參數，傳感器收集的信息由單片機進行分析和整理，其是淤砂情況判斷的核心設備。防水膜可以保證系統免遭水的侵蝕和破壞，固定設備能夠保證系統構件牢固的固定在排水洞中[2]。

2.2.2 監測系統的主要支持技術。新式排水洞淤砂監測系統的主要支持技術是傳感技術、通信技術和集成技術。傳感技術主要應用于數據收集，依靠大量分布的感應器對水流情況進行收集，作為判斷實際情況的依據。通信技術主要為有線通信，依靠線路將整個系統連為一體，并將傳感器收集的信息進行傳輸。集成技術是監測系統能夠正常進行工作的關鍵，其是將各類技術集成到一個系統中、保證其兼容并發揮作用的一項技術。人員在對各類技術進行集成時，分別考慮了工作電壓、電流等信息，并在兼容的基礎上進一步研究了后續升級的可能，確保監測系統滿足使用并擁有更廣泛的使用空間。

2.3 監測系統的工作流程

通過反復測量了解排水洞在正常情況下的流量情況，作為參數構建的基礎，核心指標包括每日流量、周流量、月流量、季度流量、年流量、最大值、最小值等，并取平均數，作為基礎參數，再考慮該排水洞水流量的增長變化，做為動態參數值，共同帶入系統中。如某排水洞的排水量為100t/d，最近五年的增長率為5%，則設定其每天排流量標準值為105t。其他參數的設定也遵循這一基本原則，將獲取的全部參數代入系統中，并通過單片機進行存儲和記憶。完成了各構件的制造、數據代入后，在斷電的情況下，通過電力線路將各個構件連為一體，之后固定在排水洞的頂部，傳感器則分布于排水洞四周，準備工作即完成[3]。隨后在排水洞進行排水作業時，傳感器收集排水的流量情況，包括速度、階段時間內流量、最大值、最小值等，并將數據以120s為間隔，不斷傳輸至單片機處，單片機的中央處理器對數據進行分析，如果其處于正常值范圍內，則淤砂情況不存在或者不嚴重，信息將通過傳輸線路被輸出至控制段；如果流量值明顯小于標準值、且小于最小標準值，則意味著淤砂情況較為嚴重，人員則對應進行處理。

以上為監測系統的大致工作流程，在具體應用時，需考慮排水洞實際環境，尤其是防水膜的使用和固定設施的使用，避免系統被水侵蝕損壞或者掉入水中。

2.4 模擬實驗

為證實上述理論，人員進行了模擬實驗。模擬對象為某市區排水洞系統，模擬內容為每日排水量分析，該排水洞每日排水量為124.6t，變化幅值方面，近五年呈現上升趨勢，平均為1.6%，最大值方面，在夏秋季節雨水較多時，每天可以達到151.2t，最小值方面，出現在冬季，為94.3t。人員根據上述情況設定了初步參數值，每日流量為126.6t，最大值為153.6t，最小值為95.8t。考慮實際動態變化和淤砂影響，設定變化值域為±10%，最終確定各項參數值：每日流量為113.9-139.2t，最大值為138.2-168.9t，最小值為86.2-105.3t。實驗在此基礎上展開。為求快速獲得實驗結果，認為通過改變參數進行模擬。實驗共進行6次，前三次對每日流量、最大值、最小值在標準范圍內進行調整，系統數據傳輸正常；第四次、第五次、第六次分別調整每日流量、最大值、最小值處于異常情況，系統準確給予捕捉，并發生警報。

通過計算機模擬實驗，證實了新式排水洞淤砂監測系統在實際工作中的作用，其能夠較為準確的捕捉和分辨排水洞中的排水情況，并據此發出警報。后續工作中，可以考慮應用。

結束語

通過分析排水洞淤砂監測系統的研發，了解了相關基本內容。目前排水洞淤砂監測系統存在一定不足，包括過度依賴人員工作、監測機制不夠完善、監測帶有滯后性等，新式排水洞淤砂監測系統可以避免上述問題，其主要技術支持包括傳感技術、通信技術、集成技術等，通過模擬實驗，證實了新式排水洞淤砂監測系統在技術方面的可行性以及應用效果。后續工作中，應用上述理論有助于排水洞淤砂監測工作的優化。

參考文獻：

[1]吉芳英，顏達超，范劍平.淤砂分離器對污泥特細無機砂的分離效能[J].中國給水排水，2016，32（01）：54-57.

[2]林于廉，吉芳英，陳猷鵬.主要結構參數對污泥淤砂分離器分離效能的影響[J].給水排水，2015，51（05）：141-146.

[3]晏鵬，吉芳英，顏達超.排口比對污泥淤砂分離器分離效能的影響[J].環境工程學報，2014，8（09）：3596-3600.