一、方案介绍

管廊排水流速流量在线监测系统针对城市综合管廊排水系统运行状态，构建基于多普勒流速测量技术与液位测量技术的流量在线监测体系。系统通过在管廊排水井、排水管道或汇流井内布设流速流量一体化传感器，实现对排水流速、液位及流量参数的连续采集。

管廊排水系统在运行过程中，其排水能力受降雨强度、管道淤积、设备运行状态等因素影响。当排水不畅或发生堵塞时，会出现流速降低、液位升高及流量异常等现象。通过在线监测系统可实时获取排水工况变化，实现对管网运行状态的动态感知。

系统采用超声波多普勒流速测量原理结合液位测量技术，通过截面流量模型计算瞬时流量与累计流量，并通过无线通信网络上传至监测平台，实现远程监管与预警。

二、监测目标

对管廊排水系统的水流状态进行实时监测，获取流速、液位及流量数据，分析排水系统运行效率，识别淤积、堵塞及异常排放情况，实现排水系统安全运行管理与风险预警。

三、需求分析

管廊排水系统具有以下特点：

运行环境复杂，存在非满管、半满管及满管工况
水质复杂，含悬浮物及杂质
水流状态变化频繁
空间狭窄，安装条件受限

监测系统需满足：

适应非满管及明渠流量测量
具备低流速测量能力
抗干扰能力强
长期水下稳定运行
免维护或低维护设计
支持远程数据传输

四、监测要素

系统主要监测以下参数：

流速
瞬时流量
累计流量
液位（水深）
水温（可选）

通过多参数联合分析判断排水状态。

五、监测方法

采用“流速+液位”组合测量方法：

通过多普勒流速仪测量水流速度
通过超声液位或压力液位计测量水深
根据管道或渠道截面参数计算流量

适用于：

圆形管道
矩形管道
梯形明渠
非规则断面（通过标定曲线）

六、应用原理

1 多普勒流速测量原理

基于超声波多普勒效应，当超声波在水体中传播并遇到悬浮颗粒时产生频率偏移，通过测量频移量计算流体流速。

流速计算公式：

V = (Δf × C) / (2 × f0 × cosθ)

其中：

Δf 为频移
C 为声速
f0 为发射频率
θ 为发射角

该方法适用于含颗粒水体，特别适合污水环境。

2 液位测量原理

液位测量采用超声波或静压法：

超声波液位
通过测量声波传播时间计算水深

静压液位
通过测量水压换算液位高度

3 流量计算原理

流量计算基于断面流速与过水面积：

Q = A × V

其中：

Q 为流量
A 为过水断面积
V 为平均流速

系统内置多种断面模型，通过液位自动计算过水面积。

七、系统组成

多普勒流速流量传感器
液位传感器（内置或外置）
数据采集终端（RTU）
无线通信模块
太阳能供电系统
远程监测平台

系统支持多监测点组网。

八、功能特点

实时流速监测
瞬时流量与累计流量计算
液位变化监测
非满管与明渠流量测量
低流速检测能力
多断面流量计算模型
远程数据传输
异常报警与趋势分析

根据设备资料：

支持非满管及明渠测量
流速测量范围0～10 m/s
流速分辨率0.001 m/s
液位精度1 mm
支持IP68水下长期工作

 

九、硬件清单

多普勒流速流量计
液位传感器
数据采集终端
通信模块（4G/NB-IoT）
太阳能供电系统
安装支架与固定结构
防护机箱

十、硬件参数

流速测量

量程
0～10 m/s

分辨率
0.001 m/s

精度
≤0.001 m/s（低速）

液位测量

量程
0～6.5 m

分辨率
0.001 m

精度
±1 mm

温度测量（可选）

量程
-20℃～60℃

精度
±0.5℃

设备性能

防护等级
IP68

通信接口
RS485（Modbus RTU）

供电
DC 12V / 24V

功耗
＜70 mA

 

十一、方案实现

在管廊排水井或排水管道底部安装多普勒流速流量传感器，确保传感器与水流方向一致。液位传感器安装于管道顶部或侧壁。

监测设备通过数据采集终端采集数据，并通过无线通信模块上传至监测平台。平台对流速、液位及流量数据进行计算与分析。

在降雨或排水高峰期间，系统可实时反映排水能力变化。

十二、数据分析

系统对监测数据进行处理：

流速变化趋势分析
流量变化曲线分析
液位变化分析
排水能力评估
异常工况识别（淤堵、回水）

通过数据对比识别管网运行问题。

十三、预警决策

系统设定预警指标：

流速下降阈值
液位上升阈值
流量异常变化

预警分级：

一级
轻微异常

二级
排水能力下降

三级
严重淤堵或积水

系统自动触发报警并推送信息。

十四、方案优点

适应复杂水流工况
支持非满管测量
测量精度高
无需机械部件
维护成本低
适合长期在线监测

十五、应用领域

城市综合管廊排水监测
市政排水管网监测
雨污水排放监测
海绵城市建设
工业排水监测

十六、效益分析

系统能够实现排水系统运行状态的实时监测，提高排水管理智能化水平。通过及时发现淤堵或异常排放问题，降低城市内涝风险，提高排水系统运行效率。

十七、案例分享

某城市综合管廊项目在多个排水节点布设流速流量监测设备，通过实时监测发现某段管道流速明显降低且液位持续上升，判断为管道淤堵，维护人员及时清理，恢复排水能力。