城市内涝水位监测解决方案.docx
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城市内涝水位监测解决方案.docx
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城市内涝水位监测解决方案
方案特征:
积水水位全面观测
数据实时传输
多点、实时、准确的水位监测
背景概述:
目前城市内涝已成为困扰城市健康发展的难题,城市化的迅速发展、全球极端天气现象频发带来的暴雨天气的增多、沿海城市受台风影响等诸多因素加剧了城市内涝灾害的发生次数和强度。
城市积水造成公用设施受损,使交通、电力、通讯、网络传输、水源等受到了严重影响或损坏。
在同等淹没程度下,城市人口资产越密集带来的经济损失越重大甚至导致人员伤亡。
同时,由于城市的中枢作用使得次生影响和间接损失加大。
实时掌握暴雨发生时城市各街道的雨水浸没的详细情况,在发生内涝时尤为重要,可以为防汛应急指挥提高可靠的第一手资料,为指挥部门合理处理全城范围内的内涝提供依据,及时开启或关闭提升水泵,控制各相连管线的汇入情况,做到各线排水能力充分发挥,相互配合;保证重点位置优先排除,严重位置合理排放;并在必要时采取特殊排水措施,如增加临时水泵,向排污和景观河排水等应急措施,以最大程度减少城市内涝带来的人民生命财产损失。
城市内涝实时水位监测解决方案概述
城市内涝积水水位的监测重点是城市内河河道和景观水水位监测、历史暴雨中城市实际易淹没的交通要道(如立交桥、高架桥下)的淹没水位、易淹没的城区街道的雨水管道的检查井或排水井处水位等重点区域。
内河河道和景观水的实时水位监测结合气象数据可提供溢水漫堤的提前预警功能,或在科学预估水位无漫堤危险时作为额外的安全排水通道;实时监测交通要道淹没水位,可实时评估或预估该路段是否影响正常的道路通行,以适时的采取警示或封路等措施来保证车辆、行人的人身和财产安全;易淹没城区街道的雨水管道的检查井或排水井的水位监测,可多点多面的提供各城区易淹没地区的实时淹没水位,为防汛指挥部门的抗灾指挥提供决策依据,以保证有限的防汛抗灾力量用在最紧急最需要的地方。
本方案应用美国哈希公司的德国OTT品牌的RLS雷达水位计和Ecolog500一体化压力水位计作为终端水位监测仪器,在城市内河和景观水水域、易淹没的交通要道(如立交桥、高架桥下等)、易淹没城区的雨水管道的检查井或排水井等处设立远程实时水位监测点,结合城市地形、水文和城市交通实况,形成全城积水水位实时监测网络,为防汛指挥、交通管理部门提供准确及时的积水水位数据。
一、终端水位监测产品——RLS雷达水位计和Ecolog500一体化压力水位计介绍
1.1RLS雷达水位计
主要特性
⏹
脉冲式雷达,节能并且高效
⏹非接触式测量
⏹不受高水位、淤泥、垃圾、植物等影响
⏹不受温度影响
⏹安装方便,空间占有率低
⏹设计紧凑,外壳坚固(IP67)
⏹防雷设计
⏹
维护成本低
⏹集成RS485和SDI12接口,同时具有模拟输出
⏹性价比高
⏹高精度——35m量程,精度3mm
技术指标
⏹测量范围:
0.8-35米
⏹测量精度:
±3mm
⏹测量时间:
20-30秒
⏹天线类型:
平板天线
⏹天线角度:
12°
⏹供电范围:
9.6-28VDC
⏹测量时耗电量:
<149mW
⏹
非测量状态耗电量:
<1mW
⏹通讯接口:
4-20mA,SDI-12,RS-485
⏹尺寸:
222mm×152mm×190mm
⏹重量(含转向架):
约2.1kg
⏹操作温度:
-40-+60℃
⏹
存放温度:
-40-+85℃
⏹相对湿度:
0-100%
同类产品比较
◆传统雷达
●瞬时测量读数,未经过滤波处理,水位波动大
●功耗高
●圆形天线,覆盖范围小,抗干扰能力弱
◆RLS
●专业水文雷达,特有滤波程序,水位波动小
●不受支架振荡影响
●功耗极低
●平板天线,覆盖范围广,抗干扰能力强
1.2Ecolog500一体化压力水位计介绍
主要特性
⏹
封闭式系统,上下一体,从测量、采集、数据交换、传输由一台产品一次完成,保证了传输、接收数据的准确性内置远程数据自动传输装置,免去本地内存读取
⏹灵活的数据传输选项(SMS,HTTP,FTP,…)超出极限值可发出预警信号,支持远程反控
⏹坚固、精确和长期稳定的陶瓷电容式压力传感器
⏹水位测量自动进行温度和气压补偿
⏹904L不锈钢探头体、加装凯尔拉夫纤维的超耐拉透气式电缆
⏹极低的电耗,有效的延长服务时间间隔。
⏹自带红外接口,现场可无线连接设置等,全中文操作软件
技术指标
⏹测量参数:
埋深、水位、压力、水温
⏹水位测量:
●量程:
0-4m;0-10m;0-20m;0-40m;0-100m
●分辨率:
0.01%FS
●精度:
±0.05%FS
●单位:
m、cm、ft、inch、bar、psi
⏹压力探头:
陶瓷电容传感器
⏹过载能力:
大于4倍量程
⏹温度补偿范围:
-5–45℃
⏹通讯:
◆无线通讯:
GSM/GPRS
◆传输方式:
短信、FTP、SMTP、HTTP
⏹供电:
2节1或2号碱性电池或锂电池
⏹电池寿命:
大于10年(锂电池)、大于1.5年(碱性电池)
⏹接口:
红外接口
⏹内存:
4MB/约500,000测量值
⏹测量间隔:
5秒-24小时
⏹通讯单元尺寸:
516mm*50mm(L*φ)
⏹探头尺寸:
195mm*22mm(L*φ)
⏹探头材质:
不锈钢DIN1.4539(904L)
⏹电缆材质:
凯尔拉夫材质
⏹EMV标准:
EN61000/EN55011ClassB
二、监测网络的建立
2.1监测点的布置选择
以历史暴雨中的实际沥涝情况为参考,对所有监测点的布置进行统一确定,要做到监测点的代表性,在面上要分布均匀,但在个别地势较高路段确定不会发生沥涝的地段可减少布点,在重点路段和历史沥涝严重路段加强监测。
做到不同的地段,相同地段的不同地点,进行合理规划。
使所得数据既充分有效,又避免冗余。
1)以现有城市雨水管道的设计方案的划分规则为依据,对城区范围进行划分。
若划分过细,可以相邻的田字格形式进行组合为最小单位,划分时还要结合具体的地势起伏情况,使同一单位内地势最低点附近的检查井和管道走向的最下游点进行比较,选择其中较易发生淹没的点作为监测点。
2)结合历史实际沥涝情况,在常发生淹没的地段加强布点。
可选择离地势最低点最近的检查井和邻近井布设。
3)重点路段和建筑要重点监测。
车流量大的或周围有重要结构、设施、保护建筑等重点路段,若发生沥涝将会造成较大损失和影响,在布点时除了要在该路段的可能淹没处布点外,还要在其管道的上游或径流的中下游进行沿途监测,形成数据链条。
在污水提升泵站的进出口附近,以及排污河和景观河的排水口处布点以测其水位值,从而为泵站的开闭,是否可以向排污或景观河排水提供依据。
4)还要考虑城市管线敷设、走向及管线间的实际需求。
在暴雨发生时要及时了解各管线实际流量,是否满流等情况,为沥涝发生时的管线调度,水泵开闭提供依据。
2.2监测点终端监测仪器的选型和现场应用
按照监测点的水位监测对象有城市内河和景观水水位观测、历史暴雨中城市实际易淹没的交通要道(如立交桥、高架桥下)的淹没水位、易淹没的城区街道的雨水管道的检查井或排水井处水位等重点区域三种类型。
结合终端水位监测仪器本身特点,推荐在城市内河和景观水水位观测和易淹没的交通路段的淹没水位监测中使用OTT品牌的RLS雷达水位计,而在易淹没的城区街道的雨水管道的检查井或排水井处水位监测可采用OTT品牌的Ecolog500一体化压力式水位计。
2.2.1RLS雷达水位计的现场应用
如前文介绍,RLS雷达水位计是一款专业的水文监测设备,利用发射脉冲式雷达测量水面回波的非接触测量方式测量水位,适于安装在桥梁下或伸展到水面上方的悬臂上。
其中在城市内河和景观水水位的观测,可将RLS雷达水位计安装在沿河沿岸的桥梁下方。
如果选定的监测点周围没有合适的桥梁,则可选择在岸边安装固定支架和伸展到水面上方的悬臂,然后将雷达水位计悬挂在悬臂的末端。
而监测系统中的数据采集装置、无线传输装置可在安装点周围选择合适的地点安装防水箱,防水箱同时还可放置备用电源等。
整套终端监测系统的供电根据监测点现场条件可采用市电或太阳能供电,甚至两种方式兼备,一备一用等各种灵活的方式。
易淹没交通路段的淹没水位观测中,很多低洼地方都是在立交桥下或高架桥下,可将RLS雷达水位计以同样的方式安装在桥梁下方。
而在无桥梁的地方,可以架设支架和不影响交通的悬臂,也可以因地制宜地借用已有的路灯支架、交通信号标志支架等设施,以节约成本。
由于RLS雷达水位计自身不具备数据收集和无线传输功能,所以需选用合适的数据采集和无线传输设备,在这里推荐OTT品牌的ADCON753GSM/GPRSRTU,另外,厂家也可提供完整的通讯协议用作第三方集成。
ADCON753GSM/GPRSRTU是一款集数采和传输于一体的RTU,设计用来满足各种要求严格的通用遥测站使用。
为世界气象组织认可的标准气象记录仪,具有结构小巧、紧凑、坚固、低功耗、高分辨率等结构性能特点。
A753GSM/GPRSRTU采用铝制外壳,具有集成电池和摩托罗拉四频GPRS调制解调器。
电源由明信片大小的一块太阳能电池板供电。
应用范围有标准野外气象记录、洪水预警、大坝监测、农业及公共给排水以及一些科学领域等。
具体特性如下:
技术特点:
⏹数采传输一体化设计
⏹高分辨率
⏹多通道输入/输出
⏹低功耗,多种供电方式可选
⏹符合世界气象组织认可
⏹同步和异步监控
技术指标:
尺寸:
160*60*80mm
重量:
1.2kg
防护等级:
IP67
温度范围:
-30–65℃
供电:
6.2V镍氢电池及太阳能板/适配器
测量方法:
同步和异步
传输间隔:
10秒钟一次到12小时一次可调
内存:
2MB,500000个测量值
功耗:
不充电可使用21天,节电模式下可使用6个月
频率范围:
850、900、1800、1900MHz
接收灵敏度:
-106dBm
输出功率:
最大2W(取决于频率)
传输距离:
最大36km,每一个标准的GSM
扩展(可选):
内置ModbusIF通过RS485
天线:
全方位四频,2dBi
连接器(IP67):
4个M97针传感器接口
1个M95针太阳能电池/电源供应器
1个TNC天线连接器
输入/输出:
12个模拟信号输入(0~2.5VDC,包含3个0~150mV)
4个脉冲计数
4个数字输入/输出(0~3VTTL)
40个SDI-12值
型式认证:
R&TTE,FCC第15部分,ACMA澳大利亚,加拿大工业部等
2.2.2Ecolog500一体化压力水位计的现场应用
如前文介绍,Ecolog500是集水位测量、数据采集、传输供电为一体的压力式水位计,实际上是一个完整的水位监测系统。
对于用户来说,剩下的现场安装工作只有准备一套保护测量端的保护管和购买一张数据通讯用的SIM卡即可,大大节省了系统集成的人力财力。
Ecolog500是设计用作地下水水位测量,而对于淹没情况下的雨水管道检查井或排水井的水位测量也非常适用。
仪器的测量端安装在井内,合理选择设备离地面的高度,通过测得其所在点的压力值确定该点的总水深,再减去其与道路表面的高程值差,就可计算处地面的设计淹没深度。
而仪器的数据采集端和传输端可放在路边就近的设备箱中。
总结
内涝灾害给城市带来严重的政治经济损失,给城镇居民带来生命财产安全威胁,全面、实时的城区淹没水位监测数据可为及时预警、排涝提供更合理科学的决策依据。
防汛指挥部门和城市交通管理部门可据此合理调度可用资源做到重要设施重点保护,在暴雨发生时尽力保障居民的正常生产生活,努力把暴雨积涝带来的损失降到最低。
另外,长期的数据积累可以为城市的长期发展提供非常有价值的参考,帮助城市进行合理规划,推进市政设施的改造和完善。
对改造过程中的优化设计,合理选择,控制成本等方面起到指导作用,做到既能解决问题也不会造成浪费。
由美国哈希公司OTT品牌的专业水位计——RLS雷达水位计和Ecolog500水位计做终端淹没水位监测设备,可为用户提供准确、实时的淹没水位数据,有同时兼具长期使用稳定、现场安装操作简单、设备维护周期长甚至长期免维护等多种优点,是城市内涝淹没水位监测极佳的终端设备。
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