海綿城市水量、水質(zhì)監(jiān)測方案
一、海綿城市的介紹
海綿城市指通過加強城市規(guī)劃建設管理，充分發(fā)揮建筑、道路、綠地和水系等生態(tài)系統(tǒng)對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實現(xiàn)自然積存、自然滲透和自然凈化的城市發(fā)展方式。
二、海綿城市建設中水循環(huán)
如上圖所示，海綿城市的建設中，水的主要來源為降雨，而海綿城市的目的是控制雨水徑流，實現(xiàn)自然積存、自然滲透和自然凈化；降雨到地面的水有以下幾個去向：A、下滲進入土壤中；B、無法及時下滲的水，形成地表徑流進入河道、湖泊、濕地等。
三、海綿城市中，水循環(huán)的整個過程監(jiān)測
A、水的來源是降雨，所以我們通過雨量站或者氣象站，監(jiān)測降雨量
B、地表沒有下滲的水，會形成地表徑流。通過設計，讓徑流的水匯集到開放式水渠或者雨水管道，終流入河流或者市政的雨水管道。我們通過監(jiān)測水渠或者雨水管道中的流量，來監(jiān)測徑流量。
C、進入湖泊、濕地、河道的水。湖泊和濕地留存通過監(jiān)測水位，來計算水的留存量；河道可以通過測水位和流速，來計算河道的流量，從而計算從河道里流走的水量
D、下滲進土壤中的水，這個也海綿城市的關(guān)鍵，通過對土層結(jié)構(gòu)的改造，增加滲透能力，讓更多的水滲入土壤中。這部分水可以通過土壤水分傳感器或者蒸滲的方式來監(jiān)測。
E、土壤、濕地、湖泊等中的水，又會通過蒸發(fā)、植物的利用，而被消耗掉。我們可以通過監(jiān)測植物的蒸騰量、監(jiān)測蒸發(fā)量、土壤水分來監(jiān)測水分的消耗。
F、水質(zhì)的監(jiān)測，整個海綿城市都是圍繞水來建設的，所以我們有必要監(jiān)測水質(zhì)的狀況。河道、湖泊等有積水的地方，可以通過水質(zhì)探頭實時監(jiān)測水質(zhì)情況。也可以通過水采樣，進行實驗室的水質(zhì)分析。土壤中的水，通過土壤溶液采樣的辦法，采集水樣，帶到實驗室進行分析。
理想狀態(tài)下陸地水平衡公式：
單位面積降雨量 = 單位面積地表徑流量 + 單位面積下滲水量 + 其他（淤積等）
蒸發(fā)量 = 土壤中水分減少量 + 植物消耗量 + 其他
四、監(jiān)測設備
1、降雨監(jiān)測 雨量監(jiān)測站
自記錄雨量監(jiān)測站
2、地表徑流監(jiān)測
方案一 監(jiān)測開放式水渠的流量
①通過監(jiān)測水位和流速計算流量（多普勒超聲波流量計監(jiān)測），如圖
方案二 監(jiān)測雨水管道流量
通過監(jiān)測水位和流速計算流量（超聲多普勒流量監(jiān)測），如圖
3、氣象站（通過氣象數(shù)據(jù)計算日蒸發(fā)量）
4、土壤墑情監(jiān)測（土壤水質(zhì)、水分、鹽度測量）
5、水質(zhì)在線監(jiān)測（常規(guī)五參數(shù)、COD、氨氮等）
五、數(shù)據(jù)展示平臺
數(shù)據(jù)展示平臺：主要用于展示各個站點的水位、流速、流量等信息。其功能為：站點的管理，全部站點實時數(shù)據(jù)的查看，單個站點的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報表、曲線、歷史數(shù)據(jù)導出、歷史曲線的導出。該平臺可以免費使用，如需自建平臺可以對數(shù)據(jù)進行解析。遙測終端機支持的協(xié)議是SL651-2014 水文通訊規(guī)約。
2.超聲波水位計
傳感器安裝在被測介質(zhì)的上方，通電后傳感器向介質(zhì)發(fā)射超聲波脈沖，穿過空氣到達介質(zhì)表面后被反射回來，部分反射的回波被同一傳感器接收，并轉(zhuǎn)換成電信號。從脈沖發(fā)射到接收所用的時間，即脈沖的傳輸時間，與傳感器到介質(zhì)表面的距離成正比。可根據(jù)脈沖的傳輸時間和脈沖的速度(340 m/s)計算出傳感器到介質(zhì)表面的距離。
3. 雷達水位計
也叫水位雷達，是利用電磁波探測目標的電子設備。其主要作用是用來進行水利監(jiān)測、污水處理和防洪預警等。其主要測量原理是從雷達水位傳感天線發(fā)射雷達脈沖，天線接收從水面反射回來的脈沖，并記錄時間T，由于電磁波的傳播速度C是個常數(shù)，從而得出到水面的距離D。
4. 電子水尺
電極式電子水尺是新一代數(shù)字式傳感器,它是利用水的微弱導電性原理,測量電極的水位獲取數(shù)據(jù).獨特優(yōu)點是誤差不受環(huán)境因素影響，只取決于電極間距，測量精度高，穩(wěn)定可靠，使用方便，避免了傳統(tǒng)水位傳感器的零漂、溫漂，受水質(zhì)、雜草影響的缺點。信號可通過各種傳輸方式傳輸。
5.磁致伸縮液位計
磁致伸縮液位計的傳感器工作時，傳感器的電路部分將在波導絲上激勵出脈沖電流，該電流沿波磁致伸縮液位計導絲傳播時會在波導絲的周圍產(chǎn)生脈沖電流磁場。在磁致伸縮液位計的傳感器測桿外配有一浮子，此浮子可以沿測桿隨液位的變化而上下移動。在浮子內(nèi)部有一組磁環(huán)。當脈沖電流磁場與浮子產(chǎn)生的磁環(huán)磁場相遇時，浮子周圍的磁場發(fā)生改變從而使得由磁致伸縮材料做成的波導絲在浮子所在的位置產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)波脈沖，這個脈沖以固定的速度沿波導絲傳回并由檢出機構(gòu)檢出。通過測量脈沖電流與扭轉(zhuǎn)波的時間差可以地確定浮子所在的位置，即液面的位置。
6.激光水位計
發(fā)出一束激光束、當激光照射在浮子上返回，被光電器件接收到通過測量接收到的時間測量水位的變化。
7.浮子式水位計
本儀器由值編碼型水位編碼器、水位輪顯示器、浮子、懸索、平衡錘、通信接口等部分組成，是獨立的水位觀測測量儀器，又可以與電顯示器、閘門開度儀、閘門啟閉機控制系統(tǒng)連接，共同組成計算機顯示、控制系統(tǒng)（如船閘、水電站、抽水蓄能電站、農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)等）；配置RS485通信接口的水位儀，可直接與通信機、計算機聯(lián)網(wǎng)組成水文自動測報系統(tǒng)，可廣泛用于裝備各種類型的水位測站。
多普勒超聲波流量計原理：多普勒超聲波流量計是采用速度面積法測流，內(nèi)部包含一個水位計和流速傳感器，使用的時候預先將渠道的類型和參數(shù)輸入控制器，控制器能夠利用水位自己換算出過流面積，通過過流面積X流速就能計算出水量。
多普勒超聲波流量計
產(chǎn)品特點：
寬量程：0.02-5m/s(流速)
分辨率可達1mm/s（流速）
高響應時間，打破以往需要長時間才能得到流速流量的，測量結(jié)果時時刷新。
速度面積法流量測量，適合滿管及非滿管，可自由設定斷面水位關(guān)系。
內(nèi)部自帶高精度溫度傳感器可用于水溫測量和聲速補償。
流體力學外殼設計，對水體流態(tài)影響小，不影響測量精度。
防腐蝕外殼設計，能夠在惡劣環(huán)境下長期工作。
可提供瞬時流量值和累積流量值。
無機械轉(zhuǎn)動部件，不存在泥沙堵塞或水草、雜物纏繞等問題，適用于泥沙懸浮物含量高，水草等漂浮物多的河流中測量。
測量線性，出廠已校準長期使用也無需校準。
配有數(shù)據(jù)接收軟件，可讀取實時數(shù)據(jù)和累計數(shù)據(jù)。
技術(shù)參數(shù)：
流速：
測量范圍：0.02-5m/s
精度：1.0%±1cm/s
分辨率：1mm/s
水深：
測量范圍：0m-5m（更高可設置）
精度：±1cm
分辨率：1mm
溫度：
測量范圍：-10℃-60℃
精度：±0.5℃，
分辨率：0.1℃
流量：
測量范圍：0.001m3/h-999999999 m3/h（根據(jù)斷面可以增加）
精度：±2-3%（根據(jù)斷面流態(tài)有所不同）
分辨率：0.0001 m3/s
電源：直流10V-24V
工作電流：12V 小于0.1A
輸出信號：RS485（Modbus-RTU）
防護等級：IP68
工作溫度：0℃-60℃（不結(jié)冰）
存儲溫度：-10℃-70℃
設備材質(zhì)：灰色PVC
AMT-LSX-1多普勒超聲波流量計安裝示意圖
多普勒流量計安裝方式
本案例中的AMT-LSX-1多普勒超聲波流量計進行24小時在線實時測量，安裝于自然河道水文站流量有代表性的平穩(wěn)地點，除終得到流量數(shù)據(jù)外，還可同時得到流速和水位數(shù)據(jù)，便于客戶了解河道水量情況和內(nèi)部流態(tài)，一直保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，為客戶監(jiān)測河道流量情況提供了幫助。
常規(guī)的幾種測流形式：
1.流速面積法
通過各種流速傳感器將渠道的平均流速V測量出來，然后通過水位和渠道的形態(tài)換算出過流面積S，利用平均流速乘以過流面積即可計算出相應的流量。
2.平均流速公式法
求明渠水流的平均流速的公式有很多，其中典型公式有謝才公式和曼寧公式，流速公式法是通過測量水面的坡度，預估粗糙程度，結(jié)合水流截面的形態(tài)，利用謝才公式和曼寧公式計算出平均流速，再計算出流量的。
3.水位流量曲線法
利用水位流量曲線的對應關(guān)系，測量水位就可以求出流量。初次使用時需使用其他設備對水位流量進行校準。
4.量水堰槽法
量水堰槽法是利用修建固定的堰槽，利用水位直接換算出流量的，常用的堰槽有三角堰、矩形堰、梯形堰、巴歇爾槽等。