城市地下管网如同人体的 “血管” 与 “神经”，肩负着排水、供水、供气等诸多重要使命。其中，排水系统的顺畅运行直接关系到城市的防汛防涝能力以及居民的生活质量。在城市建设进程中，地下管网排水监测系统的重要性日益凸显，它宛如城市排水管理的 “智慧大脑”，而多普勒流量计、窨井液位计等设备则是这个 “大脑” 获取信息的关键 “触角”。

一、多普勒流量计：准确测量管网水流的 “侦察兵”

（一）工作原理

多普勒流量计是基于超声波多普勒效应来工作的。当超声波信号由换能器发射到流体中时，流体中运动的粒子（如水中的悬浮颗粒等）会使超声波产生多普勒频移。通过测量这个频移，就能计算出流体的流速。在实际应用于地下管网排水监测时，通常会将多普勒流量计安装在管道内部或特定的测量点。它会持续向管内水流发射超声波信号，然后接收被水流中粒子散射回来的信号，根据信号的频率变化精确测算流速。由于流量等于流速乘以管道横截面积，在已知管道规格的情况下，便能准确得出管道内的排水流量。

（二）优势

高精度测量：在复杂的地下管网环境中，能够精确测量水流速度，测量精度较高，为准确掌握排水流量提供可靠数据。这对于评估管网排水能力、分析排水规律至关重要。例如，在一些老旧城区，管道老化、变形等问题较为常见，多普勒流量计依然能稳定输出准确的流速、流量数据，助力相关部门了解管网实际运行状况。适应多种工况：无论是污水管网中含有大量杂质、悬浮物的污水，还是雨水管网中短时间内流量变化巨大的雨水，它都能适应。其不受流体密度、粘度、温度等因素的较大影响，在不同水质、水量条件下都能正常工作。比如在工业集中区域的污水管网，水质成分复杂，多普勒流量计可以稳定运行，准确测量流量，为工业废水排放监管提供依据。安装维护相对便捷：相较于部分传统流量计，其安装方式较为灵活，可采用插入式、管段式等多种安装形式，无需对管道进行大规模改造。在维护方面，一些先进的多普勒流量计具备自诊断功能，能及时发现设备故障并提示，减少维护工作量和成本。而且，在进行维护时，部分设备可在不断流的情况下进行操作，降低对排水系统正常运行的影响。

（三）应用场景

城市排水管网流量监测：在整个城市的排水管网系统中，分布着众多多普勒流量计。它们实时监测各条管道的流量数据，将数据传输至监控中心。通过对这些数据的分析，管理者可以清晰了解不同区域、不同时段的排水流量变化情况。比如在城市商业区，夜晚和白天的排水流量差异明显，根据多普勒流量计提供的数据，管理者能合理规划排水调度，避免出现排水不畅的情况。污水处理厂进水流量监测：污水处理厂的运行效率与进水流量密切相关。多普勒流量计安装在污水处理厂的进水管道处，精确测量进入污水厂的污水流量，为污水厂的工艺调整、设备运行提供关键数据支持。例如，当进水流量突然增大时，污水厂可以及时启动备用处理设备，确保污水得到有效处理，避免污水外溢等问题。

二、窨井液位计：守护城市 “隐形河道” 的 “瞭望塔”

（一）工作原理

超声波式窨井液位计：这类液位计利用超声波进行非接触式测量。其探头向窨井内发射超声波，当超声波遇到水面（与空气密度差异较大的介质）时会反射回来，被探头接收。根据超声波在空气中的传播速度以及从发射到接收的时间，就能计算出探头到水面的距离。再结合预先设定的窨井深度数据，通过 “井深 - 距离 = 水位” 的公式，即可得出当前窨井内的水位值。压力式窨井液位计：属于接触式测量设备。它利用被测液体静压与该液体高度成正比的关系来工作。当液位计的压力传感器置于窨井水中时，受到水的压力作用，传感器将压力信号转换为电信号。经过内部的温度补偿和线性校正等处理，终转换成标准电流信号输出，通过对这个电信号的解析，就能得到液位数值。雷达式窨井液位计：同样采用非接触式测量方式。将雷达液位计的传感器安装在窨井上方，向水面发送电磁波。电磁波遇到水面反射回来，根据发射电磁波与接收反射波的时间差，可计算出传感器到水面的高度。主机内部设备将这个高度数据通过无线传输方式，发送到现场中转设备或者后台服务器，用户便能在后台直接查看窨井内的液位数据。

（二）优势

实时监测与预警：能够实时监测窨井液位变化，一旦液位超过预设的警戒值，立即发出预警信号。这对于城市防汛防涝工作极为重要，让相关部门能够提前采取应对措施，如开启排水泵站、组织人员清理排水口杂物等，有效避免城市内涝的发生。例如在暴雨天气，窨井液位计实时反馈液位数据，帮助防汛指挥中心及时掌握情况，科学决策。多种类型适应不同环境：如前文所述，有超声波式、压力式、雷达式等多种类型可供选择。不同类型在测量原理、适用场景上有所差异，可根据窨井的具体环境，如井内水质、是否有较多漂浮物、井壁结构等因素，选择合适的液位计。例如在一些水质较为清澈、井内无明显漂浮物的窨井，可选用超声波式液位计；而在水质复杂、含有较多杂质的窨井，压力式液位计可能更为合适。安装与维护简便：整体设备结构相对简单，安装时无需对窨井进行大规模改造。许多窨井液位计具备低功耗设计，采用电池供电，减少了布线的麻烦，且续航能力强，能降低维护频率。同时，设备防护等级较高，如常见的 IP68 防护等级，可有效防水、防尘，适应窨井内潮湿、恶劣的环境。

（三）应用场景

城市道路窨井液位监测：城市道路上分布着大量窨井，在暴雨等极端天气下，道路积水容易通过窨井进入排水管网。通过在这些窨井上安装液位计，实时监测液位变化，可及时发现道路积水是否已经倒灌至窨井，以及窨井排水是否顺畅。一旦液位异常升高，能迅速通知相关部门进行处置，保障道路交通安全，避免车辆熄火、行人被困等情况发生。排水管网节点窨井液位监测：在排水管网的关键节点位置，如管网交汇处、泵站前池等的窨井安装液位计，对于掌握整个管网的运行状态至关重要。通过监测这些节点窨井的液位，可分析管网中水流的流向、流速变化，判断是否存在管道堵塞、排水不畅等问题。例如，当管网交汇处的窨井液位持续升高，而其他相关窨井液位变化不大时，很可能是该交汇处下游管道出现了堵塞，需要及时进行排查和疏通。

三、地下管网排水监测系统整体架构及协同运作

（一）系统架构

地下管网排水监测系统通常由感知层、网络层和应用层构成。

感知层：作为系统的基础，由多普勒流量计、窨井液位计以及其他各类传感器（如水质传感器等）组成。它们负责实时采集管网内的水流流量、液位、水质等关键数据，为后续的分析和决策提供原始信息。这些传感器分布在城市的各个角落，如同一个个 “信息采集员”，默默守护着地下管网的运行。网络层：主要承担数据传输任务。通过无线通信技术，如 4G、NB - IoT 等，将感知层采集到的数据快速、稳定地传输至应用层。同时，它还负责将应用层发出的控制指令等信息传递给感知层的设备。网络层就像是连接感知层和应用层的 “信息高速公路”，确保数据和指令的顺畅流通。应用层：是整个系统的重点，具备数据存储、查询、可视化展示、统计分析、预警预报、设备管理等多种功能。在这里，工作人员可以直观地查看管网的实时运行数据，通过数据分析预测管网运行趋势，当出现异常情况时及时发出预警，并对监测设备进行远程管理和维护。应用层就像是一个 “智慧大脑”，对整个地下管网排水监测系统进行统筹管理和决策支持。

（二）协同运作

在实际运行中，多普勒流量计和窨井液位计等设备协同工作，共同为地下管网排水监测系统提供数据支持。例如，在一场暴雨中，窨井液位计实时监测到各窨井内液位迅速上升，将液位数据传输至应用层。同时，多普勒流量计也在实时监测管道内的流量变化，当流量超过正常范围时，同样将数据上传。应用层接收到这些数据后，进行综合分析。如果发现某个区域内多个窨井液位持续升高，且对应管道流量并未明显增加，可能意味着该区域存在管道堵塞问题。此时，应用层会立即发出预警，通知相关维护人员前往现场排查。维护人员根据系统提供的具体位置信息，快速定位到堵塞点，进行疏通作业，保障排水系统的正常运行。

地下管网排水监测系统凭借多普勒流量计、窨井液位计等设备的协同工作，为城市排水管理提供了强大的技术支持。在未来的城市建设中，随着技术的不断进步，这一系统将不断完善，为城市的可持续发展和居民生活质量的提升发挥更为重要的作用。