一、背景

城市雨污水管网监测是智慧城市建设的重要组成部分，对保障城市安全、防治内涝、保护水环境、提高水资源利用效率至关重要。它涉及利用多种技术和设备，实时或定期收集管网系统的运行数据，为管理决策提供科学依据。

因此，管理部门通过该系统可全局掌握排水管网的运行状况、有效识别淤积管段并及时发现井盖异常，以快速做出防汛响应、保障居民出行安全。

以下是对城市雨污水管网监测系统的详细介绍：

二、监测目的与意义

1.防洪排涝：

（1）实时监测管道水位、流量，预测内涝风险，及时预警和调度。

（2）评估管网排水能力，为管网改造和规划提供科学依据。

2.污染防治：

（1）监测污水管网水质（COD、氨氮、pH、电导率、浊度等），识别非法排污、雨污混接、地下水入渗/污水外渗的情况。

（2）有效的防止污水溢流入河湖，更好的保护水环境。

3.运行维护优化：

（1）监测管道淤积情况（通过水位变化、流速等间接判断或使用淤积传感器），指导科学清淤。

（2）及时发现管道破损、堵塞、错位等结构性问题。

（3）优化泵站运行调度，降低能耗。

4.资产管理：

（1）实时掌握管网资产的运行状态和健康状况。

（2）能够有效的延长管网使用寿命，降低维护成本。

5.模型校准与验证：

（1）为城市水文水动力模型提供高质量的实测数据，提高模型的精度和可靠性，用于模拟预测和方案评估。

6.满足监管要求：

（1）满足环保部门对污水排放的监管要求，有效的提供监测数据支撑。

三、主要监测对象与参数

1.雨水管网/合流制管网：

（1）水位：关键参数，直接反映管道充满度和内涝风险。常用设备：压力水位计、超声波水位计、雷达水位计。

（2）流量/流速：反映管网排水能力和实际负荷。常用设备：多普勒流量计、面积-流速流量计（超声、电磁）。

（3）降雨量：核心输入条件。常用设备：翻斗式雨量计、光学雨量计。

（4）水质：监测初期雨水污染、非法排污、合流制溢流污染。参数：COD、SS、氨氮、pH、电导率、浊度、油脂等。

（5）淤积/沉积物厚度（可选）：超声波淤积仪等。

2.污水管网：

（1）水位：防止污水冒溢，监测管道运行状态。

（2）流量/流速：评估管网输送能力，识别入渗/入流或外渗。

（3）水质：核心参数，监测污水成分变化，识别工业偷排、雨污混接、地下水入渗/污水外渗。参数：COD、氨氮、总磷、总氮、pH、电导率（识别入渗关键指标）、浊度、温度、特定离子或污染物（如重金属）。

（4）气体（可选）：监测硫化氢、甲烷等有害气体浓度，保障运维安全。

（5）压力（泵站/压力管段）：监测泵站运行状态和压力管道状况。

3.关键节点：

（1）泵站：监测进/出水水位、流量、水泵运行状态（电流、电压、频率、启停）、格栅状态、水池水位、有害气体等。

（2）调蓄池/溢流口：监测水位、流量、水质（溢流污染）。

（3）污水处理厂进水口：监测流量、水质（为污水处理工艺提供预警）。

（4）重要排口：监测排放水量、水质。

三、主要监测技术与设备

1.在线监测设备：

（1）水位/流量计：压力式、超声波式、雷达式、多普勒式、电磁式、面积-流速式。

（2）水质分析仪：多参数水质监测仪（可测COD、氨氮、pH、DO、电导率、浊度、温度等）、特定污染物监测仪（重金属、石油类、毒性等）。

（3）雨量计：翻斗式（最常用）、光学式、称重式。

（4）气体传感器：H2S、CH4、O2传感器。

（5）视频监控：管道机器人巡检、固定点位摄像头（监控关键节点、溢流口状态）。

（6）声学/振动监测：用于泄漏检测、管道破损识别。

（7）分布式光纤传感：监测管道温度（可辅助泄漏检测）、应变（管道变形）。

2.移动监测与巡检：

（1）管道机器人：直观检查管道内部结构状况（破裂、变形、错口、脱节、腐蚀、树根侵入、沉积等）。

（2）移动式水质/流量监测车/设备：用于临时监测、应急监测或校准固定监测点。

（3）人工巡检：检查井盖、溢流口、泵站外观等，记录异常。

3.物联网与数据传输技术：

（1）通信方式：4G/5G、NB-IoT、LoRa、光纤等，将现场监测设备数据传回中心平台。

（2）RTU/DTU：数据采集传输单元，负责连接传感器、采集数据、通过通信模块上传。

4.数据平台与软件：

（1）SCADA系统：监控和数据采集系统，实现数据实时显示、报警、远程控制（如泵站）。

（2）GIS平台：地理信息系统，集成管网空间数据、监测点位信息、实时/历史监测数据，进行空间分析和展示。

（3）数据中心/云平台：存储和管理海量监测数据、视频数据。

（4）数据分析与预警平台：进行数据清洗、分析、挖掘，建立预警模型（内涝、水质超标、管网异常），生成报表和决策支持信息。

（5）水力/水质模型：利用监测数据校准模型，进行模拟预测和情景分析。

四、系统建设与实施的挑战

1.环境恶劣：管网内潮湿、腐蚀性强、空间狭小、存在有害气体和沼气，对设备防护等级（IP68）、防爆性、耐腐蚀性要求极高。

2.供电困难：井下或偏远位置难以提供稳定市电，需依赖电池或太阳能供电。

3.通信稳定性：井下、地下信号衰减严重，需选择合适的通信方式（NB-IoT/LoRa穿透性较好）或部署中继。

4.设备维护：设备易被垃圾、淤泥覆盖或损坏，需要定期巡检、清洗、校准和维护，运维成本高。

5.数据质量：确保数据的准确性、连续性和可靠性是关键挑战，需要严格的设备选型、安装规范、校准和维护制度。

6.系统集成：将不同来源、不同类型的监测数据（在线、离线、视频、模型）有效整合到统一平台进行分析和展示。

7.成本投入：设备购置、安装、通信、平台建设、运维成本高昂，需要持续的资金投入。

8.数据应用深度：如何从海量数据中提取真正有价值的信息，用于指导实际管理和决策，是发挥系统效能的关键。

五、发展趋势

1.智能化：

（1）AI应用：利用人工智能进行数据异常检测、故障诊断（如基于声音/振动的泄漏识别）、视频智能分析（管道缺陷自动识别）、预测性维护、更精准的内涝和水质预警模型。

（2）边缘计算：在设备端进行初步数据处理和过滤，减少传输负担，提高响应速度。

2.高集成度与小型化：

（1）发展多功能、小型化、低功耗的集成传感器，便于在复杂管网环境中部署。

3.新型传感技术：

（1）如更稳定可靠的低成本水质传感器、更精准的非接触式流量测量技术、基于光纤的分布式监测技术普及。

4.数字孪生：

（1）构建管网系统的数字孪生体，集成实时监测数据、GIS、BIM、水力模型，实现虚拟与现实交互的仿真、预测和优化管理。

5.“空天地井”一体化监测：

（1）结合卫星遥感（大范围地表水、土地利用）、无人机（应急巡查、河道排污口排查）、地面/井内传感器，形成立体监测网络。

6.云平台与大数据分析：

（1）更广泛地采用云计算处理海量数据，利用大数据技术挖掘数据价值，提供更深入的洞察。

7.标准化与互联互通：

（1）推动监测设备接口、数据格式、通信协议的标准化，实现不同系统间数据的共享和融合。

城市雨污水管网监测是提升城市智慧化管理、保障水安全、改善水环境的核心技术手段。它是一个涉及传感器技术、物联网、通信、GIS、大数据分析和专业水力模型的复杂系统工程。构建完善的雨污水管网监测体系，是智慧水务和智慧城市建设的必然要求。