CN113237531A - 一种非接触式城市积水监测筒结构及其方法 - Google Patents

一种非接触式城市积水监测筒结构及其方法 Download PDF

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    • G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure

Abstract

本发明公开了一种非接触式城市积水监测筒结构及其方法，包括顶部封闭的监测筒主体；监测筒主体中部设置一块隔板，隔板将监测筒主体内部划分为第一副筒和第二副筒；隔板顶部与监测筒主体顶部之间预留80mm‑120mm的空间，用于第一副筒和第二副筒之间的连通；第一副筒下部开设呈环形状的进水口，且在第一副筒的底部设置一紧靠于隔板的半圆形倾斜扇形面；第二副筒底部固定安装测压装置，测压装置通过电源线或数据线与外部RTU远程测控终端电连接。本发明可有效减弱泥沙淤积对监测设备的影响及污水侵蚀问题，从而使城市路面积水监测更加稳定、准确，且工作寿命延长、易于维护保养。

Description

一种非接触式城市积水监测筒结构及其方法
技术领域
本发明属于城市内涝中积水监测的技术领域，具体涉及一种非接触式城市积水监测筒结构及其方法。
背景技术
近年来，我国部分城市极端暴雨的发生频率显著上升，与城市扩张、排水系统老化等不利因素叠加，引发了严重的城市内涝灾害，使得“城市看海”在许多城市频频上演，造成较大经济损失，引发强烈社会关注。
城市积水过程的监测，是城市内涝防治规划、应急抢救、科学研究的重要基础，其监测质量的高低直接关系到内涝管理和研究工作的成效。当前，常用的积水监测设备主要是压力传感式和电子水尺式，通常安装在易涝点，主要是道路、涵洞沿线，由于城市路面尘土和雨水冲刷绿化带，积水通常含有泥沙及其他杂质，在积水监测井及进水口极易产生泥沙淤积现象，泥沙淤积严重时甚至淤堵进水通道、埋没监测设备，需定期进行维护。同时，设备与积水直接接触，污水对监测设备亦有侵蚀作用，降低设备工作寿命。
目前，城市内涝积水主要通过在路面设置监测井进行监测并传输数据，监测井内的装置通常为电子压力计或者电子水尺，根据积水的压力变化或者积水水面高度对路面积水进行检测。在这种监测方式下，积水直接接触监测装置，路边的绿化带及路面尘土在经过雨水冲刷导致内涝积水携带较多泥沙，在积水干涸后泥沙沉降在进水通道、监测井、监测设备处并形成淤积，长年累月将影响监测设备的正常工作，甚至对监测设备造成损害、降低工作寿命。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种非接触式城市积水监测筒结构及其方法，以解决现有技术存在监测设备受泥沙淤积和污水侵蚀问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一方面，一种非接触式城市积水监测筒结构及其方法，其包括顶部封闭的监测筒主体；监测筒主体中部设置一块隔板，隔板将监测筒主体内部划分为第一副筒和第二副筒；隔板顶部与监测筒主体顶部之间预留80mm-120mm的空间，用于第一副筒和第二副筒之间的连通；第一副筒下部开设呈环形状的进水口，且在第一副筒的底部设置一紧靠于隔板的半圆形倾斜扇形面；第二副筒底部固定安装测压装置，测压装置通过电源线或数据线与外部RTU远程测控终端电连接。
一方面，一种非接触式城市积水监测筒结构的监测方法，包括：
根据测压装置和大气压强计算第一副筒进水口上方积水产生的压强；
根据进水口上方积水产生的压强，并基于静水压强公式计算第一副筒的积水深度。
进一步地，进水口上方积水产生的压强Pw为：
Pw＝Pc-Pα
其中，Pc为测压装置监测的压强，Pα为大气压强。
进一步地，路面积水深度h为：
Figure BDA0003056600810000021
其中，ρ为水密度，g为重力系数，d为进水口高度。
本发明提供的非接触式城市积水监测筒结构及其方法，具有以下有益效果：
本发明有效减弱泥沙淤积对监测设备的影响及污水侵蚀问题，从而使城市路面积水监测更加稳定、准确，且工作寿命延长、易于维护保养。
附图说明
图1为非接触式城市积水监测筒结构图。
图2为积水深度计算流程图。
其中，1、监测筒主体；2、第一副筒；3、第二副筒；4、隔板；5、半圆形倾斜扇形面；6、进水口；7、测压装置；8、RTU远程测控终端；9、监测井。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的非接触式城市积水监测筒结构，包括顶部封闭的监测筒主体1，监测筒主体1为长500mm，直径150mm的圆柱形套筒。
监测筒主体1中部设置一块隔板4，隔板4将监测筒主体1内部划分为第一副筒2和第二副筒3。
隔板4长度400mm，底部与底板相接，顶部预留80mm-120mm空间，优选100mm，用于第一副筒2和第二副筒3之间的连通。
第一副筒2下部开设呈环形状的进水口6，且在第一副筒2的底部设置一紧靠于隔板4的半圆形倾斜扇形面5。
第二副筒3底部固定安装测压装置7，测压装置7通过电源线或数据线与外部RTU远程测控终端8电连接，用于将采集的数据传输至外部终端。
监测筒主体1结构的工作原理为：
当内涝积水淹没进水口6后，监测筒主体1内空气与外界大气隔绝，监测筒主体1内处于密封环境，当积水深度保持稳定时，监测筒主体1内压强恒定，当积水深度增加时，由于静水压强通过进水口6一侧第一副筒2内的水面直接作用于监测筒主体1内的空气，使监测筒主体1内空气压强增大，利用第二副筒3内的测压装置7监测筒内空气压强并通过特定计算方法换算为积水深度。
根据本申请的另一个实施例，参考图2，一种非接触式城市积水监测筒结构的监测方法，即用于计算积水深度h。
设测压装置7监测的数据为Pc：
PC＝Pα+Pw
其中，Pα为大气压强，Pw为进水口6上方积水产生的压强。
忽略积水的侧向流动不计，根据静水压强公式可得：
Pw＝ρ·g·(h-d)
其中，ρ为水密度，g为重力系数，d为进水口6高度。
进而计算得到路面的积水深度h为：
Figure BDA0003056600810000041
本发明可避免积水和监测测压装置7设备的直接接触：将监测筒主体1结构划分为2个副筒，第二副筒3内安装测压装置7，第二副筒3不与积水接触，第一副筒2开进水口6，使积水得以进入筒内。通过将两个副筒“干湿分离”，使监测设备避免与积水直接接触，在监测时可以有效防止积水波动震荡带来的数据误差，另外避免了积水对设备的腐蚀、冲刷，有效延长设备工作寿命，降低维护周期和成本。
进水口6防止泥沙淤积。
由于城市路面尘土和雨水冲刷绿化带，积水通常含有泥沙，在积水监测井9及进水口6极易产生泥沙淤积现象，泥沙淤积严重时甚至淤堵进水口6、埋没监测设备，需定期进行维护。本发明结构中的进水口6的斜面设计可以有效减少泥沙淤积，便于维护，同时分筒设计防止了泥沙对监测设备的侵蚀。
具体实施案例：
某市经过无内涝城市和智慧水务工程的建设，共建立城市内涝监测点120余个，是城市内涝监测的重要基础设施。
在某处积水监测点，通过积水监测筒的测量，该处压力传感计读数为102501Pa。采用本发明的结构和计算方法，可得积水的压强为1176Pa，并计算得积水深度为0.15m。经过实测该处积水深为15cm，监测数据准确无误。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种非接触式城市积水监测筒结构，其特征在于：包括顶部封闭的监测筒主体；所述监测筒主体中部设置一块隔板，隔板将监测筒主体内部划分为第一副筒和第二副筒；所述隔板顶部与监测筒主体顶部之间预留80mm-120mm的空间，用于第一副筒和第二副筒之间的连通；所述第一副筒下部开设呈环形状的进水口，且在第一副筒的底部设置一紧靠于隔板的半圆形倾斜扇形面；所述第二副筒底部固定安装测压装置，测压装置通过电源线或数据线与外部RTU远程测控终端电连接。
2.一种根据权利要求1所述的非接触式城市积水监测筒结构的监测方法，其特征在于，包括：
根据测压装置和大气压强计算第一副筒进水口上方积水产生的压强；
根据进水口上方积水产生的压强，并基于静水压强公式计算路面积水深度。
3.根据权利要求2所述的非接触式城市积水监测筒结构的监测方法，其特征在于，进水口上方积水产生的压强Pw为：
Pw＝Pc-Pα
其中，Pc为测压装置监测的压强，Pα为大气压强。
4.根据权利要求3所述的非接触式城市积水监测筒结构的监测方法，其特征在于，路面积水深度h为：
Figure FDA0003056600800000011
其中，ρ为水密度，g为重力系数，d为进水口高度。
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