一種排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)

王靜　王社良

摘 要：排水洞在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中發(fā)揮著重要作用，其是污水排放、廢水處理后排放的重要通道，淤砂會(huì)影響其正常工作?；诖?，本文以目前排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足作為出發(fā)點(diǎn)，分析一種排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)，并給出研發(fā)的思路、主要技術(shù)以及模擬實(shí)驗(yàn)，以期通過分析使相關(guān)理論不斷完善，并為后續(xù)具體工作的開展提供一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：排水洞；淤砂；傳感器；流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

文章編號(hào)：1004-7026（2018）05-0103-02 中國(guó)圖書分類號(hào)：F275.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

淤砂通常是廢水、生活污水中固體部分在排水洞中沉積形成的，其會(huì)影響排水洞的排水性能。由于我國(guó)大部分城市采用“雨污同流”的排水模式，淤砂的存在可能導(dǎo)致排水不暢、積水等問題，在短時(shí)間內(nèi)無法完成“雨污同流”到“雨污分流”改造的情況下，對(duì)淤砂進(jìn)行監(jiān)測(cè)顯得十分必要。目前的排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不盡完善，分析新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)有一定的積極作用。

1 目前排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足

1.1 過度依賴人員工作

目前的排水洞淤砂監(jiān)測(cè)，主要依靠人員進(jìn)行，包括城市排水洞淤砂和工廠排水洞淤砂等，這一模式已經(jīng)應(yīng)用了較長(zhǎng)時(shí)間，實(shí)際效果方面也并不完全理想，人員的監(jiān)測(cè)范圍有限，而且無法精確了解排水洞內(nèi)部的具體情況，排水洞轉(zhuǎn)彎、拐角處的淤砂也難以被發(fā)覺，這均是人員監(jiān)測(cè)以及目前整個(gè)排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足。

1.2 監(jiān)測(cè)機(jī)制不夠完善

監(jiān)測(cè)機(jī)制方面，目前我國(guó)大部分地區(qū)對(duì)排水洞淤砂監(jiān)測(cè)采用的是周期清理、問題清理機(jī)制。即每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次集中清理，將淤砂清除，或者在出現(xiàn)淤塞問題后針對(duì)性的進(jìn)行清理，這兩種機(jī)制帶有一定的可行性，但由于淤塞等情況的發(fā)生并無規(guī)律可循，這一機(jī)制也就顯得不盡完善了，尤其是問題清理機(jī)制，往往在問題發(fā)生后才能起到作用，這一問題也應(yīng)在后續(xù)工作中設(shè)法解決。

1.3 監(jiān)測(cè)帶有滯后性

滯后性是目前排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要不足，其主要體現(xiàn)在問題處理方面。淤砂的淤積到淤塞，是一個(gè)緩慢持續(xù)的過程，在淤積最初出現(xiàn)時(shí)，往往無法被察覺，尤其是排水洞的拐角等處，由于水流在力的作用下會(huì)出現(xiàn)打旋的情況，淤砂會(huì)漸漸聚攏而不是被沖散，淤塞也就漸漸形成了。監(jiān)測(cè)無法察覺，直到問題出現(xiàn)、影響排水洞的正常工作，滯后性明顯。

2 新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)

2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)的思路

鑒于排水洞特殊的工作環(huán)境，新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)的思路主要集中在有效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面?，F(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備為研發(fā)提供了基本支持?？傮w而言，針對(duì)現(xiàn)有排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滯后性、監(jiān)測(cè)機(jī)制等問題，新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過較為強(qiáng)大的有線通信技術(shù)和傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水流量的監(jiān)測(cè)，并以常規(guī)流量作為參考，當(dāng)發(fā)現(xiàn)二者的差異超過安全值時(shí)，即發(fā)出警報(bào)，避免問題的出現(xiàn)。該研發(fā)思路是受到智能技術(shù)和傳感技術(shù)、通信技術(shù)的三重影響，立足于當(dāng)前系統(tǒng)的不足提出、設(shè)計(jì)的[1]。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和支持技術(shù)

2.2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由三大部分和各類附屬設(shè)施聯(lián)合構(gòu)成。三大部分是指?jìng)鞲衅?、傳輸線路、單片機(jī)；附屬設(shè)施包括防水膜、固定設(shè)備等。傳感器負(fù)責(zé)對(duì)淤砂情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其直接監(jiān)測(cè)對(duì)象為水流量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)水流量和實(shí)際水流量情況的差異判斷是否存在淤砂。傳輸線路是信息傳輸反饋的通道，鑒于排水洞特殊環(huán)境，無線通信存在一定困難，因此以線路作為傳輸?shù)闹饕ぞ?。單片機(jī)主要負(fù)責(zé)記憶各類工作流程和參數(shù)，傳感器收集的信息由單片機(jī)進(jìn)行分析和整理，其是淤砂情況判斷的核心設(shè)備。防水膜可以保證系統(tǒng)免遭水的侵蝕和破壞，固定設(shè)備能夠保證系統(tǒng)構(gòu)件牢固的固定在排水洞中[2]。

2.2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要支持技術(shù)。新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要支持技術(shù)是傳感技術(shù)、通信技術(shù)和集成技術(shù)。傳感技術(shù)主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)收集，依靠大量分布的感應(yīng)器對(duì)水流情況進(jìn)行收集，作為判斷實(shí)際情況的依據(jù)。通信技術(shù)主要為有線通信，依靠線路將整個(gè)系統(tǒng)連為一體，并將傳感器收集的信息進(jìn)行傳輸。集成技術(shù)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠正常進(jìn)行工作的關(guān)鍵，其是將各類技術(shù)集成到一個(gè)系統(tǒng)中、保證其兼容并發(fā)揮作用的一項(xiàng)技術(shù)。人員在對(duì)各類技術(shù)進(jìn)行集成時(shí)，分別考慮了工作電壓、電流等信息，并在兼容的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了后續(xù)升級(jí)的可能，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足使用并擁有更廣泛的使用空間。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作流程

通過反復(fù)測(cè)量了解排水洞在正常情況下的流量情況，作為參數(shù)構(gòu)建的基礎(chǔ)，核心指標(biāo)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，并取平均數(shù)，作為基礎(chǔ)參數(shù)，再考慮該排水洞水流量的增長(zhǎng)變化，做為動(dòng)態(tài)參數(shù)值，共同帶入系統(tǒng)中。如某排水洞的排水量為100t/d，最近五年的增長(zhǎng)率為5%，則設(shè)定其每天排流量標(biāo)準(zhǔn)值為105t。其他參數(shù)的設(shè)定也遵循這一基本原則，將獲取的全部參數(shù)代入系統(tǒng)中，并通過單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和記憶。完成了各構(gòu)件的制造、數(shù)據(jù)代入后，在斷電的情況下，通過電力線路將各個(gè)構(gòu)件連為一體，之后固定在排水洞的頂部，傳感器則分布于排水洞四周，準(zhǔn)備工作即完成[3]。隨后在排水洞進(jìn)行排水作業(yè)時(shí)，傳感器收集排水的流量情況，包括速度、階段時(shí)間內(nèi)流量、最大值、最小值等，并將數(shù)據(jù)以120s為間隔，不斷傳輸至單片機(jī)處，單片機(jī)的中央處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如果其處于正常值范圍內(nèi)，則淤砂情況不存在或者不嚴(yán)重，信息將通過傳輸線路被輸出至控制段；如果流量值明顯小于標(biāo)準(zhǔn)值、且小于最小標(biāo)準(zhǔn)值，則意味著淤砂情況較為嚴(yán)重，人員則對(duì)應(yīng)進(jìn)行處理。

以上為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大致工作流程，在具體應(yīng)用時(shí)，需考慮排水洞實(shí)際環(huán)境，尤其是防水膜的使用和固定設(shè)施的使用，避免系統(tǒng)被水侵蝕損壞或者掉入水中。

2.4 模擬實(shí)驗(yàn)

為證實(shí)上述理論，人員進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。模擬對(duì)象為某市區(qū)排水洞系統(tǒng)，模擬內(nèi)容為每日排水量分析，該排水洞每日排水量為124.6t，變化幅值方面，近五年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，平均為1.6%，最大值方面，在夏秋季節(jié)雨水較多時(shí)，每天可以達(dá)到151.2t，最小值方面，出現(xiàn)在冬季，為94.3t。人員根據(jù)上述情況設(shè)定了初步參數(shù)值，每日流量為126.6t，最大值為153.6t，最小值為95.8t?？紤]實(shí)際動(dòng)態(tài)變化和淤砂影響，設(shè)定變化值域?yàn)椤?0%，最終確定各項(xiàng)參數(shù)值：每日流量為113.9-139.2t，最大值為138.2-168.9t，最小值為86.2-105.3t。實(shí)驗(yàn)在此基礎(chǔ)上展開。為求快速獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為通過改變參數(shù)進(jìn)行模擬。實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行6次，前三次對(duì)每日流量、最大值、最小值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸正常；第四次、第五次、第六次分別調(diào)整每日流量、最大值、最小值處于異常情況，系統(tǒng)準(zhǔn)確給予捕捉，并發(fā)生警報(bào)。

通過計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際工作中的作用，其能夠較為準(zhǔn)確的捕捉和分辨排水洞中的排水情況，并據(jù)此發(fā)出警報(bào)。后續(xù)工作中，可以考慮應(yīng)用。

結(jié)束語

通過分析排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)，了解了相關(guān)基本內(nèi)容。目前排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在一定不足，包括過度依賴人員工作、監(jiān)測(cè)機(jī)制不夠完善、監(jiān)測(cè)帶有滯后性等，新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以避免上述問題，其主要技術(shù)支持包括傳感技術(shù)、通信技術(shù)、集成技術(shù)等，通過模擬實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了新式排水洞淤砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在技術(shù)方面的可行性以及應(yīng)用效果。后續(xù)工作中，應(yīng)用上述理論有助于排水洞淤砂監(jiān)測(cè)工作的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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