智慧管网：城市 “地下生命线” 的数字化​

城市排水管网，作为城市 “地下生命线” 的重要组成部分，肩负着收集、输送城市污水和雨水的重任。其运行状况直接关系到城市的防汛安全、水环境质量以及居民的生活品质。在城市规模不断扩张、人口持续增长、极端天气频繁出现的当下，传统的排水管网管理模式逐渐暴露出诸多问题，难以满足城市可持续发展的需求。而智慧管网的出现，为城市排水管网监测带来了全新的变革，开启了城市 “地下生命线” 数字化的新篇章。

一、传统城市排水管网监测的困境

过去，城市排水管网的监测主要依赖人工巡检和简单的仪器设备。人工巡检效率低下，不仅耗费大量的人力、物力和时间，而且由于排水管网分布大范围、环境复杂，很难做到多面、及时的监测。一些隐蔽性较强的管网故障，如管道内部的腐蚀、破裂等，往往难以在早期被发现，等到问题严重显现时，已经对城市运行造成了较大影响。同时，传统的仪器设备功能相对单一，数据采集的精度和频率有限，无法实时、准确地反映排水管网的运行状态。在面对暴雨等极端天气时，由于缺乏有效的监测和预警手段，城市内涝频繁发生，给城市交通、居民生活和财产安全带来了巨大损失。

二、智慧管网技术在城市排水管网监测中的应用

传感器技术多种类型的传感器被大范围应用于智慧排水管网监测中。例如，压力传感器安装在排水管道内部，能够实时监测管道内的压力变化。通过对压力数据的分析，可以判断管道是否存在堵塞、水流不畅等问题。当压力异常升高时，可能意味着管道被杂物堵塞，需要及时进行清理。液位传感器则用于监测排水检查井、泵站集水池等部位的液位高度。在降雨期间，液位传感器能够实时反馈雨水的积聚情况，为防汛指挥提供重要依据。一旦液位超过警戒值，系统可以及时发出警报，提醒相关部门采取应急措施，如启动排水泵、疏导交通等。水质传感器如前文所述，能对污水中的化学需氧量（COD）、氨氮、酸碱度（pH）、溶解氧（DO）等关键指标进行实时监测。在排水管网中，水质传感器可以帮助监测污水是否存在异常排放情况，以及污水处理厂出水水质是否达标。如果发现水质异常，能够迅速追溯污染源，采取相应的治理措施，保护城市水环境。​

2.多普勒流量计技术

多普勒流量计在城市排水管网监测中发挥着关键作用，通常安装于管网横管底部。它基于多普勒效应工作，当超声波发射器向管道内水流发射超声波时，水流中的悬浮颗粒或气泡等散射体随水流运动，会使反射回来的超声波产生频率偏移。多普勒流量计通过检测这一频率偏移，能够精确计算出水流的速度。由于横管底部水流相对稳定，在此处安装多普勒流量计可获取更具代表性的流速数据，进而结合管道横截面积准确计算出流量。

在城市排水主管道中，多普勒流量计能实时监测污水或雨水的总体流量，为管理部门提供城市排水总量的关键信息，助力合理规划排水能力。在污水处理厂的进水口，它精确测量流入的污水量，帮助调控处理工艺，确保处理设备在比较好负荷下运行，提升污水处理效率。在出水口，多普勒流量计监测处理后水的排放量，保障达标排放，防止对环境造成污染。在一些老旧城区的排水管网改造中，由于管道条件复杂，难以进行大规模施工安装其他类型流量计，而多普勒流量计因其安装简便、无需截断管道等优势，可灵活安装在横管底部，有效监测流量变化，为管网改造提供准确的数据支持。

3. 物联网技术

物联网技术将分布在城市各处的传感器、监测设备等连接成一个庞大的网络，实现了数据的实时传输和共享。通过物联网，排水管网中的各种监测数据，包括来自多普勒流量计、传感器等的信息，能够快速、准确地传输到数据中心，工作人员可以在远程实时查看排水管网的运行状态。同时，物联网技术还支持设备的远程控制，例如，当监测到某个泵站的水位过高且通过多普勒流量计得知流量超过正常范围时，可以通过物联网远程启动排水泵，及时排除积水，提高了排水系统的响应速度和运行效率。

4.大数据与云计算技术

大数据技术对海量的排水管网监测数据，包括来自多普勒流量计的流量数据、传感器的压力、液位、水质等数据进行收集、存储、分析和挖掘。通过对历史数据和实时数据的深度分析，可以发现排水管网运行中的规律和潜在问题。例如，利用大数据分析可以结合多普勒流量计数据，预测不同区域在不同季节、不同天气条件下的污水产生量和雨水量的变化趋势，为排水系统的调度和维护提供科学依据。云计算技术则为大数据处理提供了强大的计算能力和存储资源，使得数据处理更加高效、快捷，能够满足智慧排水管网对实时性和准确性的要求，快速处理大量多普勒流量计及其他监测设备产生的数据。

三、智慧管网的未来发展展望

随着科技的不断进步，智慧管网在城市排水管网监测领域将迎来更加广阔的发展前景。未来，传感器技术将更加智能化、微型化和高精度化，能够实现对更多参数的实时监测。多普勒流量计也将朝着更高精度、更宽测量范围以及适应复杂环境的方向发展，例如研发能在高流速、强紊流等恶劣工况下稳定工作的新型多普勒流量计。物联网技术将进一步提升数据传输的稳定性和安全性，实现设备之间更加紧密的互联互通。大数据和人工智能技术的深度融合，将使智慧管网能够更加准确地预测管网故障和内涝风险，实现更加智能化的决策和管理。同时，智慧管网还将与城市的其他基础设施管理系统进行深度融合，形成一个综合性的城市智慧管理平台，为城市的可持续发展提供多方面的支持。​