一种雨水管网检查井雨污混接监测预警评估系统与方法与流程

本发明涉及排水工程，涉及一种用于检测雨污混接的装置及预警评估系统与方法，具体涉及一种雨水管网检查井雨污混接监测预警评估系统与方法。

背景技术：

1、雨污混接是指雨水排水系统(如屋顶雨水管、道路雨水排水管等)与污水排水系统(如生活污水管、工业废水管等)错误连接，导致雨水和污水混合排放的现象。雨水管网中出现雨污混接现象的原因主要包括两类：一是管道自身的原因，如因材料老化、地面沉降或施工损坏等原因导致管道结构性破坏，使得雨水和污水管道之间出现渗漏；二是人为因素，部分企业为了降低污水处理成本或逃避监管，非法将污水排入雨水管道，以及在工程建设时未经批准随意更改排水系统，或在管道设计及施工过程中将雨水管和污水管错误连接，导致雨污混接。

2、雨水管道出现雨污混接会导致未经处理的污水污染水体，破坏生态环境，同时导致雨水管道在雨季时超负荷运行，容易引发管道堵塞和污水倒灌，造成城市内涝。

3、由于排水管网的复杂性和污染源的多变性，对雨水管网雨污混接进行检测和监测的工作面临着巨大的挑战，目前仍依赖人工现场排查，检测效率低，消耗大量人力与时间成本。因此，开发雨水管网雨污混接监测装置及预警评估系统，对于优化城市排水系统，消除黑臭水体，改善我国水环境质量具有重大意义。

4、中国专利cn202310914413.x公开了一种可以识别雨污混流的井盖及其使用方法，通过含有压力传感器的水体检测部件，监测雨水排水管中水体的流动情况，并将监测到的污水偷排信息显示在井盖上。同样的，中国专利cn201810072763.5公开了一种分析管道雨污混接分布的方法及系统，通过在检查井安装液位计收集液位变化数据，判断混接情况。该类方案通过监测检查井或排水管道中水流变化进行混接判断，方法简单且效果直观，但仅适用于晴天无雨，无法在雨天监测污水偷排情况，且无法排除因雨水管网上游局部有雨对该处水量产生影响而导致的误判。

5、中国专利cn202410016831.1、cn202210299157.3、cn202310906403.1的专利公开了一种基于光谱的雨水管道混接点位诊断方法，对疑似混接点前后的水样取样预处理后，经三维荧光光谱分析光谱残差矩阵，能够准确地判断是否有外源污水混入并推算混接比例。通过水质检测的方法能实现混接情况的准确判断，但荧光光谱须经孔径为0.22μm-0.45μm的过滤膜过滤后才可使用，无法直接集成在现场实时监测装置，需要人工取样，检测效率低，时效性差。

6、综上，目前的技术无法兼顾对雨水管道混接情况的实时监测以及准确判断，同时缺乏维持检测设备长效运行的动力来源。

技术实现思路

1、针对现有技术无法同时实现对雨水管道混接情况的实时监测与准确判断等问题，本发明提供了一种雨水管网检查井雨污混接监测预警评估系统与方法，通过水量与水质的互补监测模式实现不同天气条件下对混接情况实时且准确的监测。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种雨水管网检查井雨污混接监测预警评估系统，包括控制单元以及分别所述控制单元连接的雨水传感器、水质水量监测自发电浮球；雨水传感器用于检测是否为雨天；水质水量监测自发电浮球的内部自上而下分别为测距传感器、鱼眼镜头、led探照灯、振动发电腔室、配重储能室和浊度传感器；测距传感器向上测量与检查井井盖的距离；振动发电腔室包括弹性隔板、振动发电元件和介质，且单个振动发电腔室的弹性隔板与水质水量监测自发电浮球内壁之间或多个振动发电腔室的弹性隔板之间设有压电陶瓷，实现振动自发电；压电陶瓷连接鱼眼镜头和led探照灯；配重储能室维持水质水量监测自发电浮球在竖直方向的稳定以及储能补电；浊度传感器用于在线检测水质。

4、进一步的，所述水质水量监测自发电浮球的表面设计有流线型导流结构；水质水量监测自发电浮球内部的各个振动发电腔室大小、形状不一，整体形成偏心结构。

5、进一步的，所述配重储能室内包括涡卷弹簧与锁止装置，在电源充足的情况下，锁止装置处于解锁状态，涡卷弹簧可绕中心轴旋转运动，当水质水量监测自发电浮球在水流冲击下运动时带动涡卷弹簧扭转，将外力转化为弹性势能；在电源匮乏时，锁止装置调整至锁定状态，通过涡卷弹簧带动中心轴转动，将弹性势能转换为水质水量监测自发电浮球的动能，实现储能补电。

6、进一步的，所述浊度传感器包括光源、光电检测器以及信号处理电路，光源与光电检测器伸出水质水量监测自发电浮球底部，呈倒“u”型相对设置，通过检测光线强度的衰减程度换算出液体的浊度。

7、进一步的，可投放多颗所述水质水量监测自发电浮球。

8、进一步的，所述测距传感器与鱼眼镜头、led探照灯均安装在水质水量监测自发电浮球内部的顶部；测距传感器为激光测距传感器或超声波测距传感器；所述弹性隔板采用硅胶或橡胶材质；所述介质包括颗粒介质和液体介质，颗粒介质使用密度不同的钢珠或塑料珠，液体介质的填充率为20-40％。

9、进一步的，所述雨水传感器设于检查井通气孔下方，与水平面呈30-60°布置；所述控制单元安装在检查井井盖背面，包括控制器、压电陶瓷与电源，该压电陶瓷设于井盖背面。

10、一种使用上述任意一项所述的雨水管网检查井雨污混接监测预警评估系统的预警评估方法，其特征在于，所述方法包括：

11、s1：通过雨水传感器监测该地是否下雨，若下雨则赋予雨水参数y为0；若未下雨且距离上次下雨结束已过去a小时后，则赋予y为1；在下雨结束后0至a小时内，t(小时)时刻y的值为

12、s2：当测距传感器监测到与检查井井盖距离缩小x mm时，则赋予距离参数x为当振动发电腔室弹性隔板之间的压电陶瓷被触发时，赋予振动参数z为1，否则赋予z为0；当鱼眼镜头识别到上方管道疑似有水流流入时，赋予视觉参数p为1，否则赋予p为0；距离参数x、振动参数z、视觉参数p均用于监测检查井中是否有水流进入；

13、s3：当浊度传感器监测到浊度小于c1 ntu时，赋予水质参数c为0；当浊度处于c1-c2ntu时，赋予c为1；当浊度处于c2-c3 ntu时，赋予c为2；当浊度大于c3 ntu时，赋予c为3；

14、s4：混接预警值s根据式(1)计算；

15、s＝y(x+z+p) + (1.4-y)c             (1)

16、其中，在未下雨时，水量变化参数，即所述距离参数x、振动参数z、视觉参数p作为混接判断的主要因素，水质参数c作为辅助判断因素；在下雨时，所述水量变化参数不参与混接判断，主要依靠水质参数c进行判断，可用于监测雨天偷排的问题；

17、s5：当s＜1时，则判断雨污混接可能性较小；当1≤s＜2时，存在雨污混接可能；当2≤s＜3时，雨污混接可能性较大；当s≥3时，雨污混接风险极大。

18、进一步的，所述a取值范围为2-8；距离系数所述b取值范围为5-20；所述c1取值范围为3-10，c2取值范围为15-50，c2取值范围为60-100。

19、进一步的，所述弹性隔板之间的压电陶瓷被持续触发10-30s后启动led探照灯与鱼眼镜头，在压电陶瓷触发结束后1-3min内关闭led探照灯与鱼眼镜头，以节约用电量。

20、本发明的有益效果如下：

21、(1)本发明采用水量、机器视觉辅助、振动以及水质四种监测方式，根据天气情况采用不同的判断权重，解决了传统液位监测无法监测雨天污水偷排的问题，实现全天候的混接情况实时监测；

22、(2)本发明采用浊度指标间接地在线监测水质，解决传统水质指标依赖人工取样与检测步骤繁琐的问题，具备简单高效、成本低的优势。

23、(3)本发明通过外形导流的偏心浮球设计以及内部振动发电腔室、配重储能室的设计，利用水流产生的冲击力实现自发电以及机械能的暂存，解决传统水力发电措施在检查井中易被杂质缠绕、堵塞的问题，实现检测设备长期稳定的运行。