一．引文

城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)中窨井的水位狀態(tài)直接關(guān)聯(lián)著內(nèi)澇防控、管網(wǎng)運(yùn)維與公共安全，窨井水位監(jiān)測(cè)設(shè)備憑借智能化、自動(dòng)化的技術(shù)特性，成為城市排水系統(tǒng)智慧化升級(jí)的核心感知終端。水利工程專家通過對(duì)傳感技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的融合創(chuàng)新，使該類設(shè)備能在地下密閉、潮濕的復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定采集水位數(shù)據(jù)。

二．工作原理

窨井水位監(jiān)測(cè)設(shè)備的核心工作原理建立在多種傳感技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用之上，研發(fā)人員將水位傳感器作為核心感知單元嵌入設(shè)備主體。

常用的靜壓式傳感器通過測(cè)量水體壓力換算水位高度，其內(nèi)部的壓阻式陶瓷元件在接觸水體時(shí)產(chǎn)生與水壓成正比的電信號(hào)，信號(hào)調(diào)理電路將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后結(jié)合液體密度與重力加速度參數(shù)，即可精準(zhǔn)計(jì)算出窨井內(nèi)的實(shí)際水位。

雷達(dá)水位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波，這些電磁波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到水面的距離成正比，雷達(dá)水位計(jì)可記錄脈沖波來回的時(shí)間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可知道雷達(dá)天線到水面的距離，再測(cè)量出水底到水面距離，就能計(jì)算出水位。

這些采集到的水位數(shù)據(jù)被設(shè)備內(nèi)置的微處理器進(jìn)行濾波與校準(zhǔn)，同時(shí)定位模塊將窨井的地理坐標(biāo)與水位數(shù)據(jù)綁定，數(shù)據(jù)通過無線通信模塊被傳輸至城市排水監(jiān)測(cè)平臺(tái)，整個(gè)過程無需人工介入，設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行模式使其能持續(xù)捕捉窨井水位的動(dòng)態(tài)變化。

三．技術(shù)參數(shù)

窨井水位監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)經(jīng)過工程實(shí)踐的迭代優(yōu)化形成了標(biāo)準(zhǔn)化體系，靜壓式傳感器的水位測(cè)量量程覆蓋0~200m且精度±0.1%FS，足以適配從常規(guī)積水到極端內(nèi)澇的水位監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。雷達(dá)水位計(jì)的測(cè)量量程達(dá)0~7m且精度為±3mm，響應(yīng)時(shí)間小于0.5秒的特性使其能捕捉水位的快速變化，設(shè)備的工作溫度范圍為-35℃~80℃且濕度適應(yīng)能力達(dá)0~100%RH，防護(hù)等級(jí)IP68的設(shè)計(jì)賦予設(shè)備防水、防腐蝕的性能，使其能在窨井內(nèi)潮濕環(huán)境中穩(wěn)定工作。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)支持4G低功耗無線通信協(xié)議，通信頻率穩(wěn)定且傳輸距離可達(dá)3公里，設(shè)備的供電模式采用鋰電池與太陽能互補(bǔ)設(shè)計(jì)，續(xù)航能力久，預(yù)留的RS485接口使其能與流量傳感器、水質(zhì)傳感器等設(shè)備聯(lián)動(dòng)，因而可實(shí)現(xiàn)窨井水文數(shù)據(jù)的多維度采集。

四．技術(shù)優(yōu)勢(shì)

窨井水位監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在城市排水監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求中，設(shè)備的微型化設(shè)計(jì)使其能直接嵌入窨井壁或井蓋下方，無需大規(guī)模改造窨井結(jié)構(gòu)，安裝與調(diào)試的工期被壓縮至單井1小時(shí)內(nèi)，大幅降低了工程實(shí)施成本。水務(wù)運(yùn)維人員通過實(shí)際監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備在地下強(qiáng)電磁干擾、水質(zhì)酸堿失衡的環(huán)境中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率仍保持在99.8%以上，而傳統(tǒng)有線監(jiān)測(cè)設(shè)備的故障率則超過30%，這一對(duì)比使設(shè)備在復(fù)雜地下環(huán)境中的適用性得到充分驗(yàn)證。設(shè)備的低功耗與無線傳輸特性，使其能在無外部供電的偏遠(yuǎn)窨井中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期無人值守運(yùn)行，同時(shí)實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)的上傳讓水務(wù)部門能精準(zhǔn)掌握管網(wǎng)積水情況，在暴雨天氣中提前預(yù)判內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，為應(yīng)急排水調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐。

五．應(yīng)用場(chǎng)景

窨井水位監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景已從城市內(nèi)澇防控延伸至地下管網(wǎng)運(yùn)維的多個(gè)領(lǐng)域。

在城市內(nèi)澇預(yù)警中，某一線城市在中心城區(qū)2000余個(gè)易澇點(diǎn)窨井安裝該設(shè)備，當(dāng)監(jiān)測(cè)到水位在10分鐘內(nèi)上漲超過50cm時(shí)，及時(shí)向防汛指揮中心推送預(yù)警信息，同時(shí)聯(lián)動(dòng)附近的智能排水泵開啟強(qiáng)排模式，使該區(qū)域的內(nèi)澇積水消退時(shí)間縮短60%。

在管網(wǎng)運(yùn)維中，某地級(jí)市通過在老舊管網(wǎng)窨井部署該設(shè)備，結(jié)合水位變化曲線分析管網(wǎng)滲漏與堵塞情況，運(yùn)維人員依據(jù)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)并開展維修，使管網(wǎng)搶修效率提升70%且運(yùn)維成本降低40%。

海綿城市建設(shè)領(lǐng)域，該設(shè)備被用于監(jiān)測(cè)下沉式綠地、雨水調(diào)蓄池的水位，數(shù)據(jù)反饋的調(diào)蓄能力參數(shù)為海綿設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，顯著提升了城市雨水資源的利用率。

而在工業(yè)園區(qū)排水監(jiān)管中，設(shè)備與水質(zhì)傳感器的聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)工業(yè)廢水偷排引發(fā)的窨井水位異常，為水環(huán)境執(zhí)法提供了數(shù)據(jù)佐證。

除此之外，設(shè)備還在城中村排水改造、公路隧道積水監(jiān)測(cè)、小區(qū)雨污分流工程中發(fā)揮數(shù)據(jù)采集作用，為城市地下管網(wǎng)的精細(xì)化管理提供全方位的技術(shù)支撐。

六．總結(jié)

隨著智慧城市建設(shè)的深入推進(jìn)，窨井水位監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)迭代仍在持續(xù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的智能分析與預(yù)警預(yù)判。推動(dòng)城市排水監(jiān)測(cè)從人工巡檢向自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)型，更讓城市水務(wù)管理的決策過程建立在更精準(zhǔn)、更實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，成為現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的重要技術(shù)支撐。