一种地下污水管线泄漏的原位自动监测系统及方法

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一种地下污水管线泄漏的原位自动监测系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种地下污水管线泄漏的原位自动监测系统及方法，属于污染防治领域。\n背景技术\n[0002] 随着社会发展，城市污水管线及工业污水管线越来越密集。受使用年限及其他因素影响，污水管线会出现渗漏问题，造成污水外泄，影响周边环境甚至造成污染事故，所以对于管道渗漏的监测日趋重要。\n[0003] 由于污水管线是无压管线，对于常用的有压监测方法并不适用。目前污水管线泄漏的监测常常是以是否发现泄漏出的污水为依据。当发现泄漏后，在受污染区域进行勘察。\n另一种方法是在管线附近取样后进行化验分析，对污染程度分析准确但是效率低。这些方法均无法在管线泄漏的初期即监测到泄漏源，目前仍缺乏一种能自动监测地下污水管线泄漏点及泄漏程度的方法。\n发明内容\n[0004] 本发明目的是提供一种地下污水管线泄漏的原位自动监测系统及方法，以克服现有技术的不足。\n[0005] 本发明基于电阻率原位监测，其技术构思是根据管线内污水与管线埋设环境的电阻率有显著差别情况下实现管线泄漏的监测。\n[0006] 一种地下污水管线泄漏的原位自动监测系统，包括用于控制的上位机，其特征在于还包括底部设有锥头的电阻率探杆；所述的电阻率探杆包括至少5个中空的可插拔的圆筒状尼龙模块和夹在相邻两个尼龙模块对接缝内的铜电极环；且电阻率探杆顶部设有通过导线与每个铜电极环连接的内含控制程序的采集控制电路，和与采集控制电路相连的数据传输模块。\n[0007] 上述电阻率探杆由5～201个中空的可插拔的尼龙模块和夹在相邻两个尼龙模块的对接缝内的铜电极环插接而成。\n[0008] 为了保证电极之间的间距一致，使测量位置与高程的换算更加方便，每个铜电极环的厚度相同，为0.5～1mm。\n[0009] 为了便于组装并有利于贯入，上述可插拔的尼龙模块可以套置在1根或2根承力轴上，承力轴表面可以带有螺纹，且管腔内浇筑有硫化橡胶，而使尼龙模块、铜电极环以及导线成为整体。\n[0010] 采集控制电路经由数据传输模块将采集的数据发送至内含客户端服务程序的上位机，所述的数据传输模块是在900MHz/1800MHz网络环境下的GPRS模块，且带有GSM发射天线。\n[0011] 监测时，下位机部分埋设在管线附近的土体中，电阻率探杆放入到指定的测量位置，通过数据排线与采集控制电路相连，采集控制电路将采集处理好的数据通过串口线发送到数据传输模块，由数据传输模块通过无线网络传送至远程服务器。\n[0012] 上位机内含的客户端软件可安装到任何一台能够连接到互联网的计算机上。主要功能有实时数据显示，曲线绘制，采集参数设置和历史数据的自动保存，自动预警。用户可以通过该软件设置下位机工作状态，查看监测结果，并接受自动预警。\n[0013] 一种利用上述监测系统对地下污水管线泄漏进行原位自动监测的方法，包括1、在地下污水管沿线泄漏易发点选取样点；其特征在于还包括以下步骤：\n[0014] 2、判断所选取的样点是否适合作为监测点；\n[0015] 3、将铜电极环与尼龙模块相互插接而构成电阻率探杆；\n[0016] 4、在所有监测点埋设或贯入电阻率探杆；\n[0017] 5、通过上位机的客户端软件设置监测参数并开启自动监测，根据预设的参数，在泄漏发生达到报警阈值时自动报警。\n[0018] 步骤2中，判断所选取的样点是否适合作为监测点，是对上述样点的预埋设环境进行土壤取样，测其电阻率值并与地下管线内污水的电阻率值进行比较；若结果差距超过\n20％，则可选取该样点作为监测点，即：若管线污水电阻率为K，当样点土壤环境的电阻率值L＞1.2K或L＜0.8K，该样点即可确立为监测点。\n[0019] L和K也将作为设置报警阈值的依据，推荐报警阈值＝min(L，K)+|(L-K)/2|，事实上一般情况下，L＞K。\n[0020] 步骤3中，可以根据现场监测要求选择包括电极间距、电极数量、探杆长度在内的电阻率探杆的硬件参数，所述的现场监测要求包括监测范围，监测精度，监测点土壤环境。\n[0021] 具体方法为：在每个监测点至少埋设1根1米长探杆，根据监测精度选择电极间距(如要求精度达到5mm可以选用5mm电极间距)，电极数量可在确定上述两个参数基础上计算得出，即电极数量＝探杆长度/电极间距。一般推荐使用电极间距20mm，总长度1m，50电极的电阻率探杆。\n[0022] 步骤4中，可以根据布设要求埋设或贯入电阻率探杆，贯入方式主要是液压贯入。\n[0023] 步骤5中，所述的监测参数包括监测频率和报警阈值(即将何种程度的渗漏判定为泄漏事故)。\n[0024] 本发明借助于电阻率方法对地下污水管线进行实时监控，克服了传统方法在实时性和精确性上的缺陷，且使用简单，稳定可靠。工作时可自动采集，远程传输，数据保存，智能化处理，自动报警，远程控制控制工作状态。实现全程无人监控，自动化程度较高，且实时定位的准确性和可靠性较好的优点，易于广泛安装使用。\n附图说明\n[0025] 图1本发明的电阻率探杆及采集控制电路与数据传输模块的结构示意图。\n[0026] 图2本发明的监测系统的总体结构示意图。\n[0027] 图3本发明的两个尼龙模块及其之间的铜电极环的分解结构示意图。\n[0028] 图4本发明的尼龙模块的俯视图(图中含有承力轴)。\n[0029] 图5本发明的监测方法流程图。\n[0030] 图6本发明的客户端软件流程图。\n[0031] 其中，1.锥头，2.铜电极环，3.尼龙模块，4.导线，5.采集控制电路，6.数据传输模块，7.发射天线，8.承力轴，9.电阻率探杆，10.污水管线，11.信号接收器，12.上位机。\n具体实施方式\n[0032] 如图1～3所示，一种地下污水管线泄漏的原位自动监测系统，包括用于控制的上位机12，和底部设有锥头1的电阻率探杆9；所述的电阻率探杆9包括至少5个中空的可插拔的圆筒状尼龙模块3和夹在相邻两个尼龙模块3对接缝内的铜电极环2；且电阻率探杆\n9顶部设有通过导线4与每个铜电极环2连接的内含控制程序的采集控制电路5，和与采集控制电路5相连的数据传输模块6。\n[0033] 如图3所示，上述电阻率探杆9由5～201个中空的可插拔的尼龙模块3和夹在相邻两个尼龙模块3的对接缝内的铜电极环2插接而成。上述尼龙模块3的高度与内外直径分别在5～100mm、20～60mm和30～70mm范围内。\n[0034] 为了保证电极之间的间距一致，使测量位置与高程的换算更加方便，每个铜电极环2的厚度相同，为0.5～1mm；外径为31～71mm，内径为27～67mm，且外表面可以镀银。\n[0035] 如图4所示，为了便于组装并有利于贯入，上述可插拔的尼龙模块3可以套置在1根或2根承力轴8上，承力轴8表面可以带有螺纹，且管腔内浇筑有硫化橡胶，而使尼龙模块3、铜电极环2以及导线4成为整体。\n[0036] 采集控制电路5经由数据传输模块6将采集的数据发送至上位机12，上位机12带有信号接收器11；所述的数据传输模块是在900MHz/1800MHz网络环境下的GPRS模块，且带有GSM发射天线7。\n[0037] 如图5所示，利用上述原位监测装置对地下污水管线泄漏进行原位自动监测的方法，包括以下步骤：\n[0038] 1、在地下污水管沿线泄漏易发点选取样点；\n[0039] 步骤1中，需要先对管线10沿线进行泄漏风险勘察评估，以评估结果(如泄漏发生可能性，泄漏发生后的危害程度和治理难度等)作为客观依据，以使用者的监测要求(如监测风险等级，监测密度等项目要求)作为主观依据，结合专家意见，选取沿线泄漏易发点作为样点。但主要是根据沿线地下土壤成分对其电导率值做出经验判断，将作为选择样点的重要依据。\n[0040] 2、判断所选取的样点是否适合作为监测点：\n[0041] 对上述样点的预埋设环境进行土壤取样，测其电阻率值并与地下管线内污水的电阻率值进行比较；若结果差距超过20％，则可选取该样点作为监测点；\n[0042] 由于普遍情况下管线污水与埋设管线的土壤环境两者电阻率必定存在较大差异，样点的土壤取样主要是指样点在雨水渗透后形成的土壤溶液，测试其电阻率并与管线污水电阻率进行对比，若结果差距超过20％，则本方法的可行。\n[0043] 3、将铜电极环与尼龙模块相互插接而构成电阻率探杆；\n[0044] 根据使用者的现场监测要求选择电阻率探杆参数。具体方法为：根据监测范围选择探杆长度(例如监测半径1米的圆平面可以选择3根1米长探杆水平埋设呈120度夹角的辐射状布设)，根据监测精度选择电极间距(如要求精度达到5mm可以选用5mm电极间距)，电极数量可在确定上述两个参数基础上计算得出，即电极数量＝探杆长度/电极间距。一般推荐使用电极间距20mm，总长度1m，50电极的电阻率探杆。\n[0045] 4、在所有监测点埋设或贯入电阻率探杆；\n[0046] 根据布设要求埋设或贯入电阻率探杆。埋设或贯入时应注意实地条件，特别是附近有地下水等敏感区域，应防止因埋设或贯入造成土壤环境发生变化而导致监测点土壤电阻率发生变化。\n[0047] 5、通过上位机的客户端软件设置监测参数并开启自动监测，系统将根据预设的参数，在泄漏发生达到报警阈值时自动报警。\n[0048] 如图6所示，通过上位机客户端服务程序设置参数并启动服务，自动监测运行开始。参数设置主要包括采集时间间隔即监测频率，报警阈值和报警方式。推荐采集时间间隔为10分钟，报警阈值＝min(L，K)+|(L-K)/2|，短信报警方式，具体参数可根据实际情况作出调整。之后各点的实时数据会直接传回下位机软件送呈客户端并自动保存作为历史记录，并根据预设的报警阈值和报警方式在监测结果出现异常时进行自动报警。\n实施例\n[0049] 对某小区污水管线总线分支点处的泄漏监控。样点处为干燥粉砂质土，电阻率值为100个单位，管线内污水电阻率范围为5-40个单位。电阻率探杆选择垂直埋设，电极环间距为30mm，30个电极(全长约为1m)，每3分钟进行一次全程采集，报警阈值＝min(L，K)+|(L-K)/2|，在52.5～70范围内，因此阈值可全部设置为60个单位，采用手机短信报警的方式，并由客户端启动。当管线一旦发生泄漏，监测点电阻率值将急剧降低并迅速达到阈值，系统会向预设手机号码发送报警短信。