CN114963023A - 一种污水管网外水渗漏检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水管网外水渗漏检测方法，在地下污水管上沿其内部水流方向间隔布置多个钙离子浓度检测组件；利用钙离子浓度检测组件对污水管内各个位置处污水的钙离子浓度进行检测；将相邻的两个钙离子浓度检测组件检测的数据进行对比，若对比结果为不同，则说明上述两个钙离子浓度检测组件之间的污水管存在外水渗漏问题，同时根据管道污水的钙离子浓度与其流量的关系，求得管网的外水入渗量。该检测方法有效消除了传统检测技术耗时长、精度差、检测结果滞后的瓶颈问题，为检测管道发生渗漏提供了可靠数据，运行方式简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明属于水利生态环境技术领域，尤其涉及一种污水管网外水渗漏检测方法。
背景技术
目前主要的管网渗漏检测方法分为三大类，第一类为物理性检测法：由专业的稽查人员凭经验检查管道异常的现象，如肉眼可见的裂缝，或异常的声音等等。此方法存在准确性不足、过于依赖鉴定人员的经验等不足，侦测结果稳定性差且易产生误判。第二类为硬体装置侦测法：利用特定的装置找出漏水的位置，典型的装置有：声音感应器、压力转换器或可视装置等，但此方法成本较高。第三类为计算模式监测法：利用安装在管网内部的感应器来监测多个参数，如压力、流量、温度、压力降以及密度变化等参数，再将参数输入电脑，配合适当的模式，以逆推漏水的位置，甚至渗漏量，但有时监测的压力、流速等数据不直接反应渗漏位置及渗漏规模，且此方法成本很高。
综上，有必要对现有的管网渗漏检测方案作出改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种污水管网外水渗漏检测方法，钙离子属于污水检测的一种特征离子，外水入渗时，污水中其他离子浓度往往变化很小，无法反映管网渗漏，由于雨水等外水所含的钙离子浓度非常低，其入渗管网会使污水中的钙离子浓度发生明显变化，该检测方法通过在污水管上布置多个钙离子浓度检测组件，借助钙离子这一典型离子的浓度随时间的变化状况来判断水质变化，经过相互对比，从而判断渗漏发生的位置并及时进行修复，减少管道渗漏造成的损失，同时根据管道污水的钙离子浓度与其流量的关系，求得管网的外水入渗量。
为此，本发明实施例提供的污水管网外水渗漏检测方法，包括：在地下污水管上沿其内部水流方向间隔布置多个钙离子浓度检测组件；利用钙离子浓度检测组件对污水管内各个位置处污水的钙离子浓度进行检测；将相邻的两个钙离子浓度检测组件检测的数据进行对比，若对比结果为不同，则说明上述两个钙离子浓度检测组件之间的污水管存在外水渗漏问题，同时根据管道污水的钙离子浓度与其流量的关系C0Q0＝C1(Q0+Q1)，求得管网的外水入渗量Q1；其中，
C0为位于上游的钙离子浓度检测组件测得的污水中钙离子浓度，C1为位于下游的钙离子浓度检测组件测得的污水中钙离子浓度；Q0为污水管中处于上游的钙离子浓度检测组件处的污水流量。
具体的，每个所述钙离子浓度检测组件均包括电源、钙离子浓度传感器和无线通讯模块，所述钙离子浓度传感器与所述无线通讯模块电连接，所述电源分别与所述钙离子浓度传感器和无线通讯模块电连接；其中，所述钙离子浓度传感器用于检测所述污水管内污水的钙离子浓度数据，所述无线通讯模块用于将所述钙离子浓度传感器检测的数据发送给地面之上的工控机。
具体的，所述钙离子浓度检测组件还包括升降机构，所述升降机构用于驱动所述钙离子浓度传感器上下移动，以使其浸入或脱离所述污水，所述升降机构的控制器通过所述无线通讯模块与所述工控机通讯连接。
具体的，所述污水管上设有多个检查井，与所述检查井数目相同的所述钙离子浓度检测组件一一对应设置在各个所述检查井中。
具体的，所述升降机构包括固定安装在污水管上的基座、设置于所述基座上的滑轨、与所述滑轨滑动配合的滑块以及带动所述滑块沿所述滑轨移动的驱动件，所述滑块上固定设有向下延伸的升降杆，所述钙离子浓度传感器固定安装在所述升降杆的底端上。
具体的，所述升降杆的底端上固定设有保护壳，所述钙离子浓度传感器设置在所述保护壳围成的保护腔中，所述保护壳的迎水侧上设有进水口，所述进水口上设有过滤网。
具体的，所述过滤网向外延伸形成锥形网筒。
具体的，所述滑块上还设有清洗组件，所述清洗组件包括清水箱和清洗喷头，所述清水箱固定安装在所述滑块上，所述清洗喷头设置在所述保护壳中并通过清洗管与所述清水箱连通，所述清洗喷头的喷射口朝向所述钙离子浓度传感器，所述清洗管上设有清洗泵，所述清洗泵的控制器通过所述无线通讯模块与所述工控机通讯连接，所述电源与所述清洗泵电性连接。
具体的，所述清洗喷头包括环绕所述钙离子浓度传感器设置的内壳和外壳，所述内壳和外壳的四周密闭连接形成水压室，所述内壳上均布有若干与所述水压室连通的喷射口。
具体的，所述驱动件包括固定安装在所述基座上的电机、安装在所述电机的转轴上的主动链轮、可转动地安装在所述基座上的从动链轮以及绕在所述主动链轮和所述从动链轮上并与所述滑块连接的链条，所述电源与所述电机电性连接。
与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：通过在浅埋地下的污水管上沿其内部水流方向间隔布置多个钙离子浓度检测组件，利用钙离子浓度检测组件检测钙离子浓度随时间的变化状况来判断水质变化，经过相互对比，从而判断渗漏发生的位置，有效消除了传统检测技术耗时长、精度差、检测结果滞后的瓶颈问题，为检测管道发生渗漏提供了可靠数据，运行方式简单，操作方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的钙离子浓度检测组件分布示意图；
图2是本发明实施例提供的钙离子浓度检测组件示意图；
图3是本发明实施例提供的钙离子浓度检测组件局部示意图；
图4是本发明实施例提供的清洗喷头示意图；
图5是本发明实施例提供的驱动件示意图；
其中：1、污水管；2、钙离子浓度检测组件；3、电源；4、钙离子浓度传感器；5、无线通讯模块；6、升降机构；7、基座；8、滑轨；9、滑块；10、驱动件；11、工控机；12、检查井；13、升降杆；14、保护壳；15、进水口； 16、过滤网；17、清洗组件；18、清洗喷头；19、内壳；20、外壳；21、喷射口；22、清洗管；23、电机；24、主动链轮；25、从动链轮；26、链条。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参见图1，一种污水管网外水渗漏检测方法，通过在浅埋地下的污水管1 上沿其内部水流方向间隔布置多个钙离子浓度检测组件2；利用钙离子浓度检测组件2对污水管1内各个对应位置处污水的钙离子浓度进行检测；将相邻的两个钙离子浓度检测组件2检测的数据进行对比，若对比结果为不同，则说明上述两个钙离子浓度检测组件2之间的污水管1存在外水渗漏问题，同时根据管道污水的钙离子浓度与其流量的关系C0Q0＝C1(Q0+Q1)，同时根据管道污水的钙离子浓度与其流量的关系C0Q0＝C1(Q0+Q1)，求得管网的外水入渗量Q1；
其中，C0为相邻两个钙离子浓度检测组件中位于上游的钙离子浓度检测组件测得的污水中钙离子浓度，C1为相邻两个钙离子浓度检测组件中位于下游的钙离子浓度检测组件测得的污水中钙离子浓度；Q0为污水管中处于上游的钙离子浓度检测组件处的污水流量，Q0可以通过布设流量计测得，或者通过污水管 1的初始流量推算得到。
本实施例检测原理如下：发明人研究发现，由于污水在污水管中主要靠重力流流动，而且雨水等外水所含的钙离子浓度非常低，外水入渗污水管1道时，会引起污水中钙离子浓度的显著变化，且受其他因素干扰程度小。其他离子浓度，或其他参照变量，如压力，流量等，其在外水入渗时变化时常常面临变化不明显或干扰因素大的问题，通常不直接反应渗漏位置及渗漏规模。因此，本申请通过在浅埋地下的污水管1上沿其内部水流方向间隔布置多个钙离子浓度检测组件2，利用钙离子浓度检测组件2检测钙离子浓度随时间的变化状况来判断水质变化，经过相互对比，从而判断渗漏发生的位置，有效消除了传统检测技术耗时长、精度差、检测结果滞后的瓶颈问题，为检测管道发生渗漏提供了可靠数据，运行方式简单，操作方便，同时可以求得外水入渗量Q1，从而可以判断管网运行是否超过极限水位，有效保障管网安全运行，防止出现满管运行。
参见图1和图2，在一些实施例中，每个钙离子浓度检测组件2均包括电源3、钙离子浓度传感器4和无线通讯模块5，钙离子浓度传感器4与无线通讯模块5电连接，电源3分别与钙离子浓度传感器4和无线通讯模块5电连接，进而为钙离子浓度传感器4和无线通讯模块5工作供电；其中，钙离子浓度传感器4用于检测污水管1内污水的钙离子浓度数据，无线通讯模块5用于将钙离子浓度传感器4检测的数据发送给地面之上的工控机11，工控机11自带的处理器则可以对接收的检测数据进行处理。
本实施例中，钙离子浓度传感器4检测出的钙离子浓度形成电位信号，由无线通讯模块5接收电位信号，并通过基站将信号传输到工控机11，由工控机11的处理器对数据进行分析与处理，绘制出单个点位的钙离子曲线图以及多点位同一时间浓度差值浮动图并以液晶显示器呈现，倘若管道发生渗漏，污水则被稀释，检测到的钙离子浓度就会明显发生变化，监控人员可以通过单点位实时钙离子浓度推测出是否由管道渗漏，并通过多点位钙离子浓度差值推断出管道渗漏的位置，减少了大面积排查的时间与工作强度，减少人力物力财力的投入。同时实时性的监测特点保证及时发现管道渗漏，以避免长期渗漏导致的地面塌陷等严重后果。
其中，钙离子浓度传感器4是一种公知结构的电化学传感器，主要由离子选择性膜、内参比电极、内参比溶液组成，离子选择性电极是通过某些离子在膜两侧的扩散、迁移和离子交换等作用，选择性地对某个离子产生膜电势，钙离子浓度传感器4其结构中有一个对钙离子具有选择性响应的敏感膜，膜并能产生膜电位、基于离子交换或扩散的电极，将离子活度转换成电位信号。至于钙离子浓度传感器4的具体结构，均为公知技术，在此不再赘述。
无线通讯模块5采用拓普瑞的TP301V4 4G DTU无线传输模块，该仪器运行包括三个步骤，串口传输到对DTU进行配置再到通过手机电脑等方式实时精准检测，串口传输由TP1608，记录仪和PLC三部分组成，同时支持 RS485/RS232/TTL三种通讯接口，支持ALWAYSONLINE模式，更稳定工作，通过CE/EMC/ROHS等认证和IS09001质量管理体系，系统数据稳定。
参见图1和图2，在另一些实施例中，钙离子浓度检测组件2还包括升降机构6，升降机构6用于驱动钙离子浓度传感器4上下移动，以使其浸入或脱离污水，升降机构6的控制器通过无线通讯模块5与工控机11通讯连接。
本实施例中，工控机11可以远程无线操作升降机构6带动钙离子浓度检测组件2浸入或脱离污水，这样的设计不仅可以实现定期实时监测，而且可以有效避免钙离子浓度检测组件2长时间浸泡在污水中，影响使用寿命，节省了维修及更换成本。
参见图1和图2，可以理解的是，在实际应用中，污水管1上设有多个检查井12，钙离子浓度检测组件2的数目与检查井12数目相同，并且一一对应设置在各个检查井12中，也即相邻两个钙离子浓度检测组件2的距离为检查井12的间距。本实施例中，钙离子浓度检测组件2设置在检查井12中，钙离子浓度检测组件2的安装或维修非常方便。
参见图2，在另一些实施例中，升降机构6包括固定安装在对应的检查井 12的侧壁上的基座7、设置于基座7上的滑轨8、与滑轨8滑动配合的滑块9 以及带动滑块9沿滑轨8移动的驱动件10，滑块9的底端设有升降杆13，滑轨8的延伸方向与检查井12的轴向平行，也即竖直向下，钙离子浓度传感器 4固定安装在升降杆13的底端上。
本实施例中，当需要对污水的钙离子浓度进行测量时，驱动件10带动滑块9顺着滑轨8移动，使得升降杆13的底端连同钙离子浓度传感器4插入污水中，即可实现对钙离子浓度的检测，当完成检测后，驱动件10带动滑块9 顺着滑轨8向上运动，即可带动升降杆13连同钙离子浓度传感器4脱离污水，从而可以有效避免钙离子浓度传感器4在非使用状态下长时间浸泡在污水中，影响传感器使用寿命。
参见图2和图3，需要解释说明的是，在实际设计中，升降杆13的底端上固定设有保护壳14，钙离子浓度传感器4设置在保护壳14围成的保护腔中，保护壳14的迎水侧上设有进水口15，进水口15上设有过滤网16，过滤网16 则向外延伸形成锥形网筒。
本实施例中，钙离子浓度传感器4位于保护壳14中，污水进入保护壳14 的过程中，过滤网16可以对污水中的泥沙等杂物进行过滤，防止其与钙离子浓度传感器4直接接触发生碰撞，同时可以起到减缓钙离子浓度传感器4周围水流速度的作用，达到保护钙离子浓度传感器4，延长使用年限的目的。
具体的，无线通讯模块5安于管壁的防爆接线箱内，能够有效防止地面持续压力对仪器的损伤，无线通讯模块5的连接导线从升降杆13的中心通道穿过后与钙离子浓度传感器4连接。
本实施例中，污水涌入的一侧使用锥形网筒对污水中部分颗粒进行拦截以保护传感器，在检测钙离子浓度时，升降杆13下降进入污水中，其他时候升降杆13上升到一定位置，使钙离子浓度传感器4与污水分离，通过控制升降杆13的上升与下降，实现定期实时监测。
具体的，锥形网筒布置为双层过滤网16且无底盖，外层布置为尼龙材质的纺织纤维滤网，内层为不锈钢材质的合金滤网，布置为交叉纵横的波形组合，锥形网筒底部刚性焊接用于与进水口15对接的法兰盘，法兰盘内置孔眼，侧面设置限位槽，合金滤网与法兰盘刚性焊接，纺织纤维滤网外包于合金滤网，合金滤网作为骨架支撑纺织纤维滤网，纺织纤维滤网与法兰盘上的限位槽嵌接，实现内外层滤网的紧密结合。
参见图1和图3，在另一些实施例中，滑块9上还固定安装有清洗组件17，清洗组件17包括清水箱(图中未示出)和清洗喷头18，清水箱固定安装在滑块9上，清洗喷头18设置在保护壳14中并通过清洗管22与清水箱连通，清洗喷头18的喷射口21朝向钙离子浓度传感器4，清洗管22上设有清洗泵(图中未示出)，清洗泵的控制器通过无线通讯模块5与工控机11通讯连接，电源 3与清洗泵电性连接，为清洗泵供电。
本实施例中，在滑块9上设有清洗组件17，当钙离子浓度传感器4从污水退出时，工控机11可以远程操控清洗泵为清洗喷头18供水，实现钙离子浓度传感器4的清洗，防止钙离子浓度传感器4的电极被腐蚀，同时也可以保证下一时间周期测量的准确性。
参见图4，具体的，清洗喷头18包括环绕钙离子浓度传感器4设置的内壳19和外壳20，内壳19和外壳20的形状均成环形，内壳19和外壳20的四周密闭连接形成水压室，内壳19上均布有若干与水压室连通的喷射口21，清洗水经过清洗泵泵入水压室中后，从喷射口21中高速喷射而出，从而对钙离子浓度传感器4的四周进行冲水清洗，钙离子浓度传感器4清洗比较彻底，清洗喷头18环绕钙离子浓度传感器4设置，也可以起到保护传感器的作用。
本实施例中，当需要检测污水管1道中污水的钙离子浓度时，钙离子浓度传感器4随升降杆13进入污水中，过滤网16过滤掉部分颗粒，钙离子浓度传感器4底端敏感膜与污水接触，得到钙离子的离子活度，将钙离子活度转化为电位信号经由无线通讯模块5传到工控机11，完成检测后，钙离子浓度传感器4随升降杆13上升，与污水分离，接着终工控机11控制清洗管22输水，清洗喷头18的密集喷射口21喷水，对钙离子浓度传感器4进行彻底清洗，防止污水腐蚀钙离子浓度传感器4，等待下一轮的检测，工作频率为一周检测一次污水。
参见图5，在一些实施例中，驱动件10包括固定安装在基座7上的电机 23、安装在电机23的转轴上的主动链轮24、可转动地安装在基座7上的从动链轮25以及绕在主动链轮24和从动链轮25上并与滑块9连接的链条26，电源3与电机23电性连接，电机23的控制器通过无线通讯模块5与工控机11 通讯连接。
本实施例中，工控机11可以无线控制电机23的启停，电机23启动后，将带动主动链轮24转动，主动链轮24带动链条26运动，链条26则带动滑块 9顺着滑轨8运动。当然驱动件10也可以采用线性电机、油缸、气缸或丝杆升降机构等。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于，包括：在位于地下的污水管(1)上沿其内部水流方向间隔布置多个钙离子浓度检测组件(2)；利用钙离子浓度检测组件(2)对污水管(1)内各个位置处污水的钙离子浓度进行检测；将相邻的两个钙离子浓度检测组件(2)检测的数据进行对比，若对比结果为不同，则说明上述两个钙离子浓度检测组件(2)之间的污水管(1)存在外水渗漏问题，同时根据管道污水的钙离子浓度与其流量的关系，求得管网的外水入渗量。
2.根据权利要求1所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：每个所述钙离子浓度检测组件(2)均包括电源(3)、钙离子浓度传感器(4)和无线通讯模块(5)，所述钙离子浓度传感器(4)与所述无线通讯模块(5)电连接，所述电源(3)分别与所述钙离子浓度传感器(4)和无线通讯模块(5)电连接；
其中，所述钙离子浓度传感器(4)用于检测所述污水管(1)内污水的钙离子浓度数据，所述无线通讯模块(5)用于将所述钙离子浓度传感器(4)检测的数据发送给地面之上的工控机(11)。
3.根据权利要求2所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：所述钙离子浓度检测组件(2)还包括升降机构(6)，所述升降机构(6)用于驱动所述钙离子浓度传感器(4)上下移动，以使其浸入或脱离所述污水，所述升降机构(6)的控制器通过所述无线通讯模块(5)与所述工控机(11)通讯连接。
4.根据权利要求3所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：所述污水管(1)上设有多个检查井(12)，与所述检查井(12)数目相同的所述钙离子浓度检测组件(2)一一对应设置在各个所述检查井(12)中。
5.根据权利要求3或4所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：所述升降机构(6)包括固定安装在污水管(1)上的基座(7)、设置于所述基座(7)上的滑轨(8)、与所述滑轨(8)滑动配合的滑块(9)以及带动所述滑块(9)沿所述滑轨(8)移动的驱动件(10)，所述滑块(9)上固定设有向下延伸的升降杆(13)，所述钙离子浓度传感器(4)固定安装在所述升降杆(13)的底端上。
6.根据权利要求5所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：所述升降杆(13)的底端固定设有保护壳(14)，所述钙离子浓度传感器(4)设置在所述保护壳(14)围成的保护腔中，所述保护壳(14)的迎水侧上设有进水口(15)，所述进水口(15)上设有过滤网(16)。
7.根据权利要求6所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：所述过滤网(16)向外延伸形成锥形网筒。
8.根据权利要求6所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：所述滑块(9)上还设有清洗组件(17)，所述清洗组件(17)包括清水箱和清洗喷头(18)，所述清水箱固定安装在所述滑块(9)上，所述清洗喷头(18)设置在所述保护壳(14)中并通过清洗管(22)与所述清水箱连通，所述清洗喷头(18)的喷射口(21)朝向所述钙离子浓度传感器(4)，所述清洗管(22)上设有清洗泵，所述清洗泵的控制器通过所述无线通讯模块(5)与所述工控机(11)通讯连接，所述电源(3)与所述清洗泵电性连接。
9.根据权利要求8所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：所述清洗喷头(18)包括环绕所述钙离子浓度传感器(4)设置的内壳(19)和外壳(20)，所述内壳(19)和外壳(20)的四周密闭连接形成水压室，所述内壳(19)上均布有若干与所述水压室连通的喷射口(21)。
10.根据权利要求5所述的污水管网外水渗漏检测方法，其特征在于：所述驱动件(10)包括固定安装在所述基座(7)上的电机(23)、安装在所述电机(23)的转轴上的主动链轮(24)、可转动地安装在所述基座(7)上的从动链轮(25)以及绕在所述主动链轮(24)和所述从动链轮(25)上并与所述滑块(9)连接的链条(26)，所述电源(3)与所述电机(23)电性连接。
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