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。
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。
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。
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。
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]。
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]。
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。
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。
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, 可以考虑应用。
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。
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
[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.
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