海綿城市水量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)方案

一、海綿城市的介紹

海綿城市指通過(guò)加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理，充分發(fā)揮建筑、道路、綠地和水系等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透和自然凈化的城市發(fā)展方式。

二、海綿城市建設(shè)中水循環(huán)

如上圖所示，海綿城市的建設(shè)中，水的主要來(lái)源為降雨，而海綿城市的目的是控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透和自然凈化；降雨到地面的水有以下幾個(gè)去向：A、下滲進(jìn)入土壤中；B、無(wú)法及時(shí)下滲的水，形成地表徑流進(jìn)入河道、湖泊、濕地等。

三、海綿城市中，水循環(huán)的整個(gè)過(guò)程監(jiān)測(cè)

A、水的來(lái)源是降雨，所以我們通過(guò)雨量站或者氣象站，監(jiān)測(cè)降雨量

B、地表沒有下滲的水，會(huì)形成地表徑流。通過(guò)設(shè)計(jì)，讓徑流的水匯集到開放式水渠或者雨水管道，終流入河流或者市政的雨水管道。我們通過(guò)監(jiān)測(cè)水渠或者雨水管道中的流量，來(lái)監(jiān)測(cè)徑流量。

C、進(jìn)入湖泊、濕地、河道的水。湖泊和濕地留存通過(guò)監(jiān)測(cè)水位，來(lái)計(jì)算水的留存量；河道可以通過(guò)測(cè)水位和流速，來(lái)計(jì)算河道的流量，從而計(jì)算從河道里流走的水量

D、下滲進(jìn)土壤中的水，這個(gè)也海綿城市的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)土層結(jié)構(gòu)的改造，增加滲透能力，讓更多的水滲入土壤中。這部分水可以通過(guò)土壤水分傳感器或者蒸滲的方式來(lái)監(jiān)測(cè)。

E、土壤、濕地、湖泊等中的水，又會(huì)通過(guò)蒸發(fā)、植物的利用，而被消耗掉。我們可以通過(guò)監(jiān)測(cè)植物的蒸騰量、監(jiān)測(cè)蒸發(fā)量、土壤水分來(lái)監(jiān)測(cè)水分的消耗。

F、水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，整個(gè)海綿城市都是圍繞水來(lái)建設(shè)的，所以我們有必要監(jiān)測(cè)水質(zhì)的狀況。河道、湖泊等有積水的地方，可以通過(guò)水質(zhì)探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)情況。也可以通過(guò)水采樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的水質(zhì)分析。土壤中的水，通過(guò)土壤溶液采樣的辦法，采集水樣，帶到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

理想狀態(tài)下陸地水平衡公式：

單位面積降雨量 = 單位面積地表徑流量 + 單位面積下滲水量 + 其他（淤積等）

蒸發(fā)量 = 土壤中水分減少量 + 植物消耗量 + 其他

四、監(jiān)測(cè)設(shè)備

1、降雨監(jiān)測(cè) 雨量監(jiān)測(cè)站

自記錄雨量監(jiān)測(cè)站

2、地表徑流監(jiān)測(cè)

方案一 監(jiān)測(cè)開放式水渠的流量

①通過(guò)監(jiān)測(cè)水位和流速計(jì)算流量（多普勒超聲波流量計(jì)監(jiān)測(cè)），如圖

方案二 監(jiān)測(cè)雨水管道流量

通過(guò)監(jiān)測(cè)水位和流速計(jì)算流量（超聲多普勒流量監(jiān)測(cè)），如圖

3、氣象站（通過(guò)氣象數(shù)據(jù)計(jì)算日蒸發(fā)量）

4、土壤墑情監(jiān)測(cè)（土壤水質(zhì)、水分、鹽度測(cè)量）

5、水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)（常規(guī)五參數(shù)、COD、氨氮等）

五、數(shù)據(jù)展示平臺(tái)

數(shù)據(jù)展示平臺(tái)：主要用于展示各個(gè)站點(diǎn)的水位、流速、流量等信息。其功能為：站點(diǎn)的管理，全部站點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查看，單個(gè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)表、曲線、歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出、歷史曲線的導(dǎo)出。該平臺(tái)可以免費(fèi)使用，如需自建平臺(tái)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。遙測(cè)終端機(jī)支持的協(xié)議是SL651-2014 水文通訊規(guī)約。

2.超聲波水位計(jì)

傳感器安裝在被測(cè)介質(zhì)的上方，通電后傳感器向介質(zhì)發(fā)射超聲波脈沖，穿過(guò)空氣到達(dá)介質(zhì)表面后被反射回來(lái)，部分反射的回波被同一傳感器接收，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。從脈沖發(fā)射到接收所用的時(shí)間，即脈沖的傳輸時(shí)間，與傳感器到介質(zhì)表面的距離成正比?？筛鶕?jù)脈沖的傳輸時(shí)間和脈沖的速度(340 m/s)計(jì)算出傳感器到介質(zhì)表面的距離。

3. 雷達(dá)水位計(jì)

也叫水位雷達(dá)，是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。其主要作用是用來(lái)進(jìn)行水利監(jiān)測(cè)、污水處理和防洪預(yù)警等。其主要測(cè)量原理是從雷達(dá)水位傳感天線發(fā)射雷達(dá)脈沖，天線接收從水面反射回來(lái)的脈沖，并記錄時(shí)間T，由于電磁波的傳播速度C是個(gè)常數(shù)，從而得出到水面的距離D。

4. 電子水尺

電極式電子水尺是新一代數(shù)字式傳感器,它是利用水的微弱導(dǎo)電性原理,測(cè)量電極的水位獲取數(shù)據(jù).獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是誤差不受環(huán)境因素影響，只取決于電極間距，測(cè)量精度高，穩(wěn)定可靠，使用方便，避免了傳統(tǒng)水位傳感器的零漂、溫漂，受水質(zhì)、雜草影響的缺點(diǎn)。信號(hào)可通過(guò)各種傳輸方式傳輸。

5.磁致伸縮液位計(jì)

磁致伸縮液位計(jì)的傳感器工作時(shí)，傳感器的電路部分將在波導(dǎo)絲上激勵(lì)出脈沖電流，該電流沿波磁致伸縮液位計(jì)導(dǎo)絲傳播時(shí)會(huì)在波導(dǎo)絲的周圍產(chǎn)生脈沖電流磁場(chǎng)。在磁致伸縮液位計(jì)的傳感器測(cè)桿外配有一浮子，此浮子可以沿測(cè)桿隨液位的變化而上下移動(dòng)。在浮子內(nèi)部有一組磁環(huán)。當(dāng)脈沖電流磁場(chǎng)與浮子產(chǎn)生的磁環(huán)磁場(chǎng)相遇時(shí)，浮子周圍的磁場(chǎng)發(fā)生改變從而使得由磁致伸縮材料做成的波導(dǎo)絲在浮子所在的位置產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)波脈沖，這個(gè)脈沖以固定的速度沿波導(dǎo)絲傳回并由檢出機(jī)構(gòu)檢出。通過(guò)測(cè)量脈沖電流與扭轉(zhuǎn)波的時(shí)間差可以地確定浮子所在的位置，即液面的位置。

6.激光水位計(jì)

發(fā)出一束激光束、當(dāng)激光照射在浮子上返回，被光電器件接收到通過(guò)測(cè)量接收到的時(shí)間測(cè)量水位的變化。

7.浮子式水位計(jì)

本儀器由值編碼型水位編碼器、水位輪顯示器、浮子、懸索、平衡錘、通信接口等部分組成，是獨(dú)立的水位觀測(cè)測(cè)量?jī)x器，又可以與電顯示器、閘門開度儀、閘門啟閉機(jī)控制系統(tǒng)連接，共同組成計(jì)算機(jī)顯示、控制系統(tǒng)（如船閘、水電站、抽水蓄能電站、農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)等）；配置RS485通信接口的水位儀，可直接與通信機(jī)、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，可廣泛用于裝備各種類型的水位測(cè)站。

多普勒超聲波流量計(jì)原理：多普勒超聲波流量計(jì)是采用速度面積法測(cè)流，內(nèi)部包含一個(gè)水位計(jì)和流速傳感器，使用的時(shí)候預(yù)先將渠道的類型和參數(shù)輸入控制器，控制器能夠利用水位自己換算出過(guò)流面積，通過(guò)過(guò)流面積X流速就能計(jì)算出水量。

多普勒超聲波流量計(jì)

產(chǎn)品特點(diǎn)：

寬量程：0.02-5m/s(流速)

分辨率可達(dá)1mm/s（流速）

高響應(yīng)時(shí)間，打破以往需要長(zhǎng)時(shí)間才能得到流速流量的，測(cè)量結(jié)果時(shí)時(shí)刷新。

速度面積法流量測(cè)量，適合滿管及非滿管，可自由設(shè)定斷面水位關(guān)系。

內(nèi)部自帶高精度溫度傳感器可用于水溫測(cè)量和聲速補(bǔ)償。

流體力學(xué)外殼設(shè)計(jì)，對(duì)水體流態(tài)影響小，不影響測(cè)量精度。

防腐蝕外殼設(shè)計(jì)，能夠在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作。

可提供瞬時(shí)流量值和累積流量值。

無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不存在泥沙堵塞或水草、雜物纏繞等問題，適用于泥沙懸浮物含量高，水草等漂浮物多的河流中測(cè)量。

測(cè)量線性，出廠已校準(zhǔn)長(zhǎng)期使用也無(wú)需校準(zhǔn)。

配有數(shù)據(jù)接收軟件，可讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和累計(jì)數(shù)據(jù)。

技術(shù)參數(shù)：

流速：

測(cè)量范圍：0.02-5m/s

精度：1.0%±1cm/s

分辨率：1mm/s

水深：

測(cè)量范圍：0m-5m（更高可設(shè)置）

精度：±1cm

分辨率：1mm

溫度：

測(cè)量范圍：-10℃-60℃

精度：±0.5℃，

分辨率：0.1℃

流量：

測(cè)量范圍：0.001m3/h-999999999 m3/h（根據(jù)斷面可以增加）

精度：±2-3%（根據(jù)斷面流態(tài)有所不同）

分辨率：0.0001 m3/s

電源：直流10V-24V

工作電流：12V 小于0.1A

輸出信號(hào)：RS485（Modbus-RTU）

防護(hù)等級(jí)：IP68

工作溫度：0℃-60℃（不結(jié)冰）

存儲(chǔ)溫度：-10℃-70℃

設(shè)備材質(zhì)：灰色PVC

AMT-LSX-1多普勒超聲波流量計(jì)安裝示意圖

多普勒流量計(jì)安裝方式

本案例中的AMT-LSX-1多普勒超聲波流量計(jì)進(jìn)行24小時(shí)在線實(shí)時(shí)測(cè)量，安裝于自然河道水文站流量有代表性的平穩(wěn)地點(diǎn)，除終得到流量數(shù)據(jù)外，還可同時(shí)得到流速和水位數(shù)據(jù)，便于客戶了解河道水量情況和內(nèi)部流態(tài)，一直保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，為客戶監(jiān)測(cè)河道流量情況提供了幫助。

常規(guī)的幾種測(cè)流形式：

1.流速面積法

通過(guò)各種流速傳感器將渠道的平均流速V測(cè)量出來(lái)，然后通過(guò)水位和渠道的形態(tài)換算出過(guò)流面積S，利用平均流速乘以過(guò)流面積即可計(jì)算出相應(yīng)的流量。

2.平均流速公式法

求明渠水流的平均流速的公式有很多，其中典型公式有謝才公式和曼寧公式，流速公式法是通過(guò)測(cè)量水面的坡度，預(yù)估粗糙程度，結(jié)合水流截面的形態(tài)，利用謝才公式和曼寧公式計(jì)算出平均流速，再計(jì)算出流量的。

3.水位流量曲線法

利用水位流量曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)量水位就可以求出流量。初次使用時(shí)需使用其他設(shè)備對(duì)水位流量進(jìn)行校準(zhǔn)。

4.量水堰槽法

量水堰槽法是利用修建固定的堰槽，利用水位直接換算出流量的，常用的堰槽有三角堰、矩形堰、梯形堰、巴歇爾槽等。