城市排水管网水质水量在线监测解决方案-智慧管网监测

城市排水管网是保障城市水环境安全、防治内涝的核心基础设施。随着城市化进程加快，管网老化、混接错接、雨污分流不彻底等问题凸显，导致水质超标、水量骤增等情况频发，传统人工采样监测已无法满足“实时掌握、快速响应、精准管控” 的现代化管理需求。本方案依托物联网、在线监测、大数据分析技术，结合武汉水测家科技有限公司的水质水量专用监测设备，构建覆盖 “源头 - 干管 - 末端” 的城市排水管网在线监测系统，实现水质、水量数据的实时采集、传输与分析，为管网运维、雨污分流改造、污染溯源提供科学依据。

一、方案背景与建设目标

1.1 方案背景

当前城市排水管网管理面临三大核心痛点：一是水质监测滞后，人工采样周期长（1-7 天 / 次），难以捕捉瞬时污染（如工业废水偷排），导致污染溯源难；二是水量管控被动，暴雨期管网瞬时流量骤增易引发内涝，却缺乏实时水量数据支撑调度；三是管网状态不明，混接错接、管道堵塞等问题需人工排查，效率低且成本高。在线监测系统通过实时采集水质水量数据，可有效破解上述痛点，推动排水管网管理从 “被动应对” 向 “主动预防” 转型。

1.2 建设目标

全流程监测覆盖：在排水管网源头（小区出水口）、干管关键节点、末端（污水处理厂进水口）布设监测点，实现水质（pH、COD、氨氮等）、水量（流量、水位）的 24 小时连续监测，数据采样间隔 1-240 分钟可设。

数据精准可靠：水质参数测量误差≤±5%，流量测量误差≤±4%，水位测量误差≤±2cm，数据传输成功率≥99.5%，满足《城镇排水管网监测技术标准》（CJJ/T 279-2018）要求。

智能预警响应：建立水质超标、水量异常（如瞬时流量超设计值）预警机制，通过多渠道推送预警信息，助力快速处置。

数据深度应用：构建管网运行数据库，支持污染溯源、管网负荷分析、雨污分流效果评估，为排水管理决策提供数据支撑。

低运维适配：设备适应管网潮湿、腐蚀性环境（防护等级 IP68），年平均无故障运行时间（MTBF）≥8000 小时，运维成本较传统监测降低。

二、系统总体架构

系统采用 “感知层 - 传输层 - 平台层 - 应用层” 四层架构，针对城市排水管网 “地下隐蔽、工况复杂、点位分散” 的特点，优化设备选型与传输方案，确保监测系统稳定运行。

2.1 感知层：管网专属监测设备部署

感知层是数据采集核心，需适配管网地下、潮湿、腐蚀性强的工况，核心设备选用武汉水测家科技有限公司的排水专用监测产品：

水质监测设备：

常规水质传感器：采用武汉水测家多参数水质监测仪，集成 pH（0-14pH，精度 ±0.02pH）、COD（0-500mg/L，精度 ±5%）、氨氮（0-50mg/L，精度 ±0.1mg/L）、浊度（0-4000NTU，精度 ±2%）等参数，传感器具备自清洁功能，防止生物附着影响精度，适配管网污水高浊度、高杂质特性。

水量监测设备：

流量监测：采用武汉水测家多普勒超声波流量计，接触式测量（传感器安装于管道内壁，接触水流）；对于明渠段（如管网末端截洪沟），选用明渠式雷达流量计，结合水位、流速数据计算流量。

水位监测：配套武汉水测家雷达水位计，测量范围 0-12m，精度 ±3mm，具备防淤积设计，安装于管网检查井内，实时监测水位变化，预警管道堵塞风险。

所有感知设备均采用 IP68 防护等级，耐酸碱腐蚀（pH 2-12），适应管网地下潮湿、腐蚀性强的环境。

2.2 传输层：管网复杂环境下的数据链路

针对城市管网监测点多位于地下、信号薄弱的特点，采用 “无线为主、本地备份” 的混合传输模式，确保数据稳定上传：

无线传输：

地下监测点：通过 4G 上传至平台。

地面监测点（如污水处理厂进水口）：直接采用 4G/5G 工业路由器搭配遥测终端机，传输速率高，支持大数据量（如视频、多参数水质数据）实时上传。

有线传输：

靠近市政通信管网的监测点（如主干道下方管网），采用4G传输，具备传输稳定、抗干扰能力强的优势，适合长期稳定运行的关键监测点。

数据安全与补传：

采用国密算法加密传输数据，防止数据泄露；本地监测终端（武汉水测家排水专用 RTU，型号：SCJ-RTU01）内置 512M 存储，支持存储 3 年以上原始数据，网络中断时自动缓存，恢复后按时间顺序补传，确保数据完整性。

2.3 平台层：排水管网数据中枢

平台层部署于城市排水管理部门云端或本地数据中心，承担数据处理、存储、分析的核心任务，适配排水管网专业化管理需求：

数据处理模块：

数据融合：关联同一监测点的水质、水量数据，以及不同监测点的上下游数据（如干管与支管数据），形成管网运行全景数据集。

数据存储模块：

采用 “时序数据库+ 关系型数据库” 组合，时序数据库存储实时与历史监测数据（支持 10 年以上存储），关系型数据库存储管网基础信息、设备信息、预警记录等，支持每秒≥1000 条数据并发写入。

雨污分流评估算法：对比雨天与晴天的水质水量数据（如雨天 COD 骤降、流量骤增），评估雨污分流改造效果，识别混接错接管段。

2.4 应用层：排水管网管理功能

应用层面向城市排水管理部门、运维团队、执法部门等用户，提供专业化管理功能，支持 PC 端（Web 平台）、移动端（APP / 小程序）访问：

实时监测模块：

可视化展示：通过 GIS 地图标注监测点位置，实时显示各监测点的水质（pH、COD、氨氮等）、水量（流量、水位、负荷率）数据，用颜色区分数据状态（正常绿色、超标红色、预警黄色），点击监测点可查看详细数据曲线（近 24 小时 / 7 天变化趋势）。

视频联动：关键监测点（如工业园区出水口）关联视频摄像头，点击监测点可查看实时视频画面，直观观察管网周边情况。

预警管理模块：

多级预警：支持自定义预警阈值（如 COD≥100mg/L 为超标预警，流量≥设计流量 120% 为水量异常预警），超阈值时触发预警，通过平台弹窗、APP 推送、短信、声光报警等方式通知相关人员，预警信息包含监测点位置、异常参数、建议处置措施。

预警处置：记录预警接收、派单、处置、反馈的全流程，支持上传处置照片（如执法人员查处偷排现场），形成闭环管理，便于后续复盘。

数据应用模块：

污染溯源：当某监测点水质超标时，系统自动分析上下游水质数据，生成溯源路径图，标注疑似污染源头区域，推送至执法部门，辅助快速查处。

管网负荷分析：生成管网负荷率统计报表（日 / 周 / 月），识别高负荷管段，为管网改造（如扩径）提供依据；暴雨期实时监测流量变化，预警内涝风险，辅助调度泵站抽排。

雨污分流评估：对比改造前后的水质水量数据，生成评估报告（如雨天 COD 平均浓度下降 30%，说明改造有效），识别未达标的改造区域，指导后续整改。

设备管理模块：

状态监控：实时查看监测设备的运行状态（如传感器电压、信号强度、清洁周期），设备故障（如传感器失灵、通信中断）时自动发出故障预警，生成维修工单。

远程运维：支持远程配置设备参数（采样间隔、预警阈值、清洁周期），远程启动传感器自清洁功能，减少现场维护工作量；记录设备维护日志（校准时间、更换部件），实现设备全生命周期管理。

报表统计模块：

自动生成水质达标率报表（如月度 COD 达标率 95%）、水量统计报表（如月度总排水量、高负荷管段频次）、预警处置报表（如月度预警次数、处置完成率），报表支持 Excel/PDF 导出，为排水管理部门绩效考核、年度规划提供数据支撑。

三、核心技术

管网专用监测技术：武汉水测家水质传感器具备自清洁、防淤积功能，雷达流量计采用非接触式测量，适配管网高浊度、高杂质、腐蚀性强的工况，设备故障率较通用设备降低 60%。

LoRa 自组网传输技术：解决地下监测点信号屏蔽问题，通过中继器实现地下与地面数据传输，传输成功率≥99.5%，较传统 4G/5G 地下传输提升 30%。

管网负荷动态分析：实时计算管网负荷率，提前识别内涝风险，为暴雨期泵站调度、管网改造提供数据支撑，减少内涝损失。

四、实施流程

现场勘查与方案设计：

管网勘查：联合排水管理部门排查管网布局，确定监测点位置（优先选择工业园区出水口、老城区干管、污水处理厂进水口等关键节点），记录监测点管径、材质、埋深、周边通信条件。

需求确认：明确监测参数（如是否需监测重金属）、预警阈值、数据应用场景（如污染溯源、内涝预警），编制详细实施方案，包括设备清单、安装图纸、传输方案、平台功能，经审核确认后实施。

设备采购与进场检验：

采购武汉水测家多参数水质监测仪、管道式雷达流量计、LoRa 中继器等核心设备，以及安装辅材（防水电缆、固定支架、检查井井盖传感器）。

设备进场后开箱检验，核对型号、参数、防护等级，测试传感器精度（如用标准溶液校准 pH 传感器）、流量计测量误差，确保符合设计要求。

设备安装与调试：

井下安装：

清理监测井内淤积物，安装水位计、水质传感器（固定于井壁支架，传感器探头浸没于水下 50-100cm），管道式流量计安装于管道内壁（通过专用夹具固定，确保与水流方向垂直）。

安装井下终端，连接传感器与终端，做好防水密封（接口处缠绕防水胶带，涂抹密封胶）。

系统调试：

配置设备参数（采样间隔、预警阈值），测试数据采集与传输，确保数据上传成功率≥99.5%。

校准水质传感器（用标准溶液校准 pH、COD 等参数）、流量计（与人工测流对比，误差≤±4%），调试预警功能（模拟超标情况，验证预警响应时间≤10 秒）。

平台部署与集成：

搭建平台硬件环境（服务器、存储设备），部署数据库、应用程序，配置网络安全策略（防火墙、数据加密）。

导入管网基础数据（管径、位置、设计流量），集成监测设备数据，调试实时监测、预警、数据应用功能；与排水管理部门现有系统对接，实现数据共享。

试运行与验收：

系统试运行，监测设备运行稳定性（如井下设备是否受潮湿影响）、数据精度、平台功能，收集用户反馈，优化预警阈值、算法参数。

组织验收，包括现场设备测试（水质水量精度、预警响应）、平台功能验证（污染溯源、负荷分析）、文档审核（实施方案、调试报告、操作手册），验收合格后签署验收报告。