智慧水务地下管网水质流量在线监测系统解决方案

地下管网是智慧水务的 “毛细血管”，其水质安全与流量稳定直接关系到居民用水保障、污水处理效率及城市水环境健康。当前地下管网监测面临工况复杂（潮湿、腐蚀性强、空间密闭）、数据滞后（依赖人工定期检测）、故障定位难（堵塞、泄漏难以及时发现）等痛点。本方案依托物联网、非接触式监测、低功耗传输等技术，结合武汉水测家科技有限公司的地下管网专用监测设备，构建 “感知 - 传输 - 平台 - 应用” 一体化的在线监测系统，实现水质、流量数据的实时采集、智能分析与精准管控，为地下管网运维、漏损控制、污染溯源提供科学支撑，符合《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》（CJJ 206-2013）与《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ 181-2012）要求。

一、项目背景与建设目标

1.1 项目背景

随着城市化进程加快，地下管网（供水管网、排水管网）老化、混接错接等问题日益凸显，传统监测模式存在三大核心痛点：

监测盲区多：地下管网分布广、埋深浅不一，人工巡检难以覆盖全部管段，尤其是老旧小区、偏远区域管网，水质异常、流量波动难以及时发现。

工况适应性差：供水管网水压波动、排水管网高浊度高腐蚀环境，传统接触式设备（如机械式流量计）易磨损、堵塞，故障率超 30%；地下密闭空间信号弱，数据传输稳定性不足。

数据价值低：水质、流量数据分散存储，缺乏协同分析，无法关联管网漏损、污染溯源等业务场景，难以支撑智慧决策。

智慧水务地下管网水质流量在线监测系统通过专用设备与智能平台，可针对性破解上述痛点，推动地下管网管理从 “被动维修” 向 “主动预警” 转型。

1.2 建设目标

全维度监测覆盖：实现供水管网（出厂水、管网末梢、二次供水）、排水管网（污水干管、雨水管网、混接节点）的水质、流量全覆盖监测，监测点位覆盖率≥90%，采样间隔 1-30 分钟可设。

数据精准可靠：供水管网流量测量误差≤±2%、压力误差≤±0.2%，排水管网流量测量误差≤±4%、水质参数（pH、COD、浊度）测量误差≤±5%，数据传输成功率≥99.5%。

智能预警响应：建立管网漏损、水质超标、流量异常（如瞬时流量超设计值）多级预警机制，响应时间≤10 秒，漏损定位误差≤50 米，污染溯源误差≤300 米。

运维效率提升：通过远程监控与智能诊断，减少人工巡检频次 60% 以上，管网漏损率控制在 10% 以下（供水管网），污水处理厂进水水质达标率提升至 95% 以上（排水管网）。

系统稳定耐用：设备适应地下管网 - 20℃-60℃温度、IP68 防护等级、pH 2-12 腐蚀环境，年平均无故障运行时间（MTBF）≥10000 小时。

二、系统总体架构

系统采用 “地下感知层 - 传输层 - 云端平台层 - 应用层” 四层架构，针对地下管网特殊工况优化设备与技术方案，确保监测全流程稳定高效。

2.1 地下感知层：管网专属监测设备部署

感知层是数据采集核心，需适配地下潮湿、腐蚀、信号弱、空间有限的工况，核心设备选用武汉水测家科技有限公司的地下管网专用产品：

排水管网监测设备：

流量监测：污水干管选用武汉水测家插入式超声波流量计（型号：SC-US-P02），适配 DN300-DN1500 管径，传感器插入管道内壁，流速测量范围 0.05-10m/s，误差≤±4%，抗高浊度（≤5000NTU）、高含沙（≤30kg/m³）；雨水管网在检查井内布设明渠式雷达流量计，结合水位数据计算流量，无需破坏管道结构。

水质监测：在污水厂进水口、混接节点部署武汉水测家排水专用水质监测仪，集成 COD（0-500mg/L，误差≤±5%）、氨氮（0-50mg/L，误差≤±0.1mg/L）、浊度（0-4000NTU，误差≤±2%）参数，具备防堵塞、抗腐蚀设计，适应污水高污染环境。

辅助监测设备：

环境监测：在监测井内安装温湿度传感器（温度 - 20℃-60℃，湿度 0-100% RH）、气体传感器（检测甲烷、硫化氢，量程 0-1000ppm），预警地下空间安全风险（如有毒气体超标）。

所有设备均采用低功耗设计（静态电流≤10mA），支持电池供电（续航≥1 年）或外接电源，适配地下无市电场景。

2.2 传输层：地下管网专用数据链路

针对地下管网信号屏蔽、传输距离远的特点，采用 “短距自组网 + 远距离传输” 混合模式，确保数据稳定上传：

地下短距传输：监测井内设备采用LoRa 自组网技术，传输距离 100-500 米（地下密闭环境），支持多跳中继，通过井盖上的中继节点将数据传输至地面，抗干扰能力强，功耗低。

地面远距离传输：地面中继节点采用4G/5G 工业路由器（支持三网冗余），将数据上传至云端平台；偏远区域（如郊区管网）配套武汉水测家北斗卫星传输模块，确保无公网信号时数据不中断。

数据安全与补传：传输数据采用国密加密算法，地下监测终端（武汉水测家管网专用 RTU，型号：SC-RTU01）内置大容量存储，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 云端平台层：智慧水务数据中枢

平台层部署于智慧水务云端，承担数据存储、处理、分析的核心任务，具备海量数据处理与智能化分析能力：

数据处理模块：

数据清洗：去除传感器漂移、干扰导致的异常值（如供水管网压力骤降超 20%），基于管网水力模型校准数据（如供水管网流量与压力关联修正）；

数据融合：关联同一管段的水质、流量、压力数据，形成 “时间 - 位置 - 参数” 三维数据集，为漏损分析、污染溯源提供基础。

数据存储模块：

采用 “时序数据库+ 关系型数据库+ 对象存储” 组合，时序数据库存储实时与历史监测数据，关系型数据库存储管网基础信息（管径、材质、埋深、拓扑关系）、设备信息、预警记录，对象存储存储视频、报表等非结构化数据。

算法引擎：

排水管网污染溯源算法：基于上下游水质浓度梯度与流量数据（流速、流向），定位污水偷排源头，溯源误差≤300 米；

管网水力模拟算法：构建供水管网水力模型，预测水质在管网中的传输衰减规律（如余氯消耗），排水管网水力模型预测暴雨期内涝风险。

2.4 应用层：智慧管网管理功能

应用层面向水务公司运维团队、管理人员、应急指挥人员，提供专业化管理功能，支持 PC 端（Web 平台）、移动端（APP / 小程序）、大屏展示（指挥中心）多终端访问：

实时监测与可视化模块：

管网地图：通过 GIS 地图展示地下管网拓扑结构、监测点位分布，实时显示各点位水质（余氯、COD 等）、流量、压力数据，用颜色区分数据状态（正常绿色、预警黄色、超标红色）；点击点位可查看详细数据曲线（近 24 小时 / 7 天变化趋势）与现场视频（若配备摄像头）。

工况诊断：供水管网展示 “压力 - 流量” 关联图，识别异常工况（如压力低、流量小可能为管道堵塞）；排水管网展示 “流量 - 水质” 关联图，判断是否存在混接（如雨天 COD 骤降可能为雨水混入）。

智能预警与处置模块：

多级预警：支持自定义预警阈值（如供水管网压力≤0.2MPa、排水管网 COD≥150mg/L），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，预警信息包含点位位置、异常参数、建议处置措施（如漏损点排查、偷排巡查）。

闭环处置：建立预警处置流程，记录预警接收、派单、处置、反馈的全流程，支持上传处置照片（如漏损修复现场、偷排查处记录），处置完成后自动验证数据是否恢复正常，形成闭环管理。

专项管理模块：

排水管网污染管控：当水质超标时，自动启动污染溯源算法，生成溯源路径图，标注疑似偷排点位，推送至环保执法部门；统计各排水单位的排水量与水质达标率，为水费征收、排污许可管理提供依据。

管网运维管理：制定设备巡检计划（月度 / 季度），通过移动端 APP 下发任务，巡检人员可实时上传管网状况照片（如管道腐蚀程度、井盖损坏情况）；自动提醒设备校准（如水质传感器每 3 个月校准 1 次），记录维护日志。

报表与决策模块：

自动生成供水管网（漏损率、水质达标率、压力合格率）、排水管网（排水量、COD 去除率、混接整改率）的日报、周报、月报，支持 Excel/PDF 导出；

基于历史数据与算法模型，提供管网改造建议（如老化管段更换优先级）、水质改善方案，为智慧水务决策提供数据支撑。

三、核心技术与场景适配

3.1 核心技术优势

地下低功耗感知技术：武汉水测家监测设备采用低功耗芯片与休眠唤醒机制，静态电流≤10mA，电池供电续航≥1 年，无需频繁更换电源，降低地下运维成本。

管网水力模拟与漏损定位技术：结合实时监测数据与水力模型，漏损定位误差≤50 米，较人工听漏效率提升 80%，减少无效巡检成本。

水质 - 流量协同分析技术：通过关联分析排水管网水质与流量数据，精准识别混接、偷排行为，污染溯源误差≤300 米，助力环保执法精准打击。

3.2 典型场景适配

排水管网混接错接监测场景：

适配难点：老城区管网混接严重，雨天雨水混入污水导致处理厂进水负荷骤增，传统监测难以及时识别混接点。

系统方案：在雨水管网、污水管网交汇节点布设水质流量监测点，对比雨天与晴天数据（如雨天污水管网 COD 从 120mg/L 降至 50mg/L），识别混接点；通过 GIS 地图标注混接区域，生成整改清单，整改后通过监测数据验证效果。

地下管网漏损定位场景：

适配难点：供水管网漏损多发生于地下，人工听漏效率低、定位不准；大口径管道漏损易引发路面塌陷。

系统方案：在供水管网每 1-2 公里布设压力传感器与声波泄漏传感器，结合流量数据，通过漏损分析算法定位漏损点；漏损预警后，推送定位结果至运维团队，配合探地雷达现场验证，实现 “精准定位 - 快速修复”，减少水资源浪费。

工业园区排水监管场景：

适配难点：工业园区存在偷排工业废水风险，废水成分复杂（如重金属、高 COD），易污染管网与水体。

系统方案：在园区排污口下游 500 米内布设排水专用水质监测仪（含重金属传感器）与插入式超声波流量计，加密采样间隔至 10 分钟 / 次；当水质超标（如重金属≥0.1mg/L）时，自动触发污染溯源，定位偷排企业，推送至环保执法部门，同时联动园区闸门，临时阻断污染扩散。