 : Y1 E4 ?& e! K2 J5 S3 W
前言 3 _1 o3 ^, W4 ]+ k: Z; ]
近二十年来，我国正经历着一场速度迅猛、规模宏大的城镇化进程，截至2020年我国城镇化率已达63.89%。城镇经济的快速发展伴随着人口密度大幅上升，民生的排水问题逐渐成为影响城市良性发展的因素之一。 , Q0 Q9 U. ?& i5 s) A& D
在二零二一年底，某污水处理厂就面临污水管道测流的难题，他们对污水提升泵站长距离输送的流量非常关注，但历经两次不同测流产品的试用，都未能得到可靠的实时流量数据。为此，二零二二年二月份水厂开启了第三次设备尝试，引进了赛莱默旗下品牌SonTek管道式声学多普勒剖面流量计IQpipe，安装在泵站出水约20米的位置，进行长期考核测验。
' o) l' i: S1 t! w- F 历经长达一年的数据监测，第三次的设备选型与测验结果获得认可与肯定。IQpipe较好地满足用户测流需求，有效地为污水处理厂区域内排放量的监督、处理量的预测以及水资源调度等，提供了实时准确的水量信息，其意义重大。 0 P$ o! m; {& Z
在本次测验中，采用的IQpipe流量仪能够提供高质量的水流数据保障，得益以下几个方面的原因：
& r& e& Z0 ^, L ?, y% s( ` 环境选址与组架设计 ' h) U! z; o1 {9 ], Q; \9 a5 Q
成效：测流点位于泵站粗格栅之后和集成商设计的U型安装支架发挥了很大作用，很大程度降低了设备维护工作量； " P1 q' @ F9 T7 U- o) L- w2 a
IQpipe工作原理：更高的声频3MHZ、脉冲式的声学多普勒流速剖析 & N: P6 X* B6 ]% O
成效：相比其它原理抗气候/磁场等因素干扰；提供高分辨率、高精确度、多流层、三维矢量的实时流速剖析，满足满管和非满管状态的管道测流需求； ! r6 r z `9 o; Q$ j
IQpipe测流模式：水下四波束同时仰视测流，Smartpulse技术 3 ^, D5 A- K1 h. ]8 J
成效：以更多角度和垂线方向的实时测流方式，置信度更高；Smartpulse技术保障环境适应性，特别适用于管道内常见的水流速不均、絮流、回流、弱流等情况。一台IQpipe等于多台其它测流仪且性能突出；
$ x+ j4 K, t/ l0 o6 C4 X5 g8 @ IQpipe的截面积测验：内置双水位的测深设计 ! R( C* N1 r: X5 W/ P4 K9 j! l
成效：不同原理双水位的水深数据可同时输出，工作时相互作用，不受水体杂质多或气压波动的测深影响。保障了水位数据更精确，流量汇算所需的截面积数据高精度 ) I1 @9 _# S# @7 B& R
IQpipe流量算法：内置了SONTEK专门针对管道流量的算法
4 }5 [) g& x- l) N# h8 y& ~ 成效：简单的设置，就能得到准确的流量数据；而且特殊环境或更高数据要求支持率定分析 
" J* g& I, M ~1 a) Z 污水处理厂 俯瞰图 ( g+ N: e5 O# m% A. V! T+ {
背景 8 X8 V2 Y. W2 P3 i- t( r4 ?/ e
某污水提升泵站位于城市新区，担负着高校校区及周边小区的污水输送任务。污水处理厂的管理者们非常关注该泵站的流量数据，曾先后采用电磁流量计和连续式声学多普勒测流仪，以便实时监测管道内的污水流量，但采集数据不理想，没有达到用户预期需求。  4 L" ^: l: { i
为此，赛莱默与污水处理厂就管网流量测验共同进行深度研讨，并多次赶赴现场实况勘察，
& y* w) Y% ]/ `" ]* X, w7 f+ u Z 1
9 D j) w8 f' v3 w 调研工作 & Q5 g. `3 T+ T
2 v/ a( j! S; w# _9 h
污水提升泵站的输送水体主要为居民生活污水和雨水，管道长度约5.6公里，管道直径1.8米，管道的材质为不锈钢。我们经过实况勘察和调研，记录了现场测流存在主要特点: : I4 @& Z a9 f: j1 d
排水管的管壁，不能断开、变径和打孔
' Z! v+ t* b9 m 污水输送管路经常处于不满管状态 ) f$ o( p$ I. l
管道的水位偶尔很低，水流缓慢
; m a# U# j2 u: G 水质和流速变化较大，有回流情况
0 V- L0 j! L! F( Y 水体浑浊，雨季杂质更多 + K5 }: b: o" E# U9 r/ ]; ^
流量数据要求高，精度最好在10%以内  % V8 Z4 e. {( }- P
2 5 }8 B$ L! M) e" s
选型分析 5 n! U$ N. _; N* t) [" K
/ S, m" K* M% T- U5 n5 b0 c$ q
城市排污管网测流产品的选型时，满管优先选择电磁流量计。但在非满管条件下，往往会涉及到复杂的水体组份，管道材质的差异、液位变化的频次、市场繁多测流品牌以及价格、维护成本等因素，让业主很难做出最佳选择。  : V6 T5 g! j$ _/ {# }; f1 f) z
市场上不同测流产品良莠不齐，不同产品之间进行同步比测，有时数据差别都很大，业主甚至不清楚应该以哪组数据为准，从何处溯源。 1 I; w3 V$ y' l1 f# i
针对这种情况，赛莱默推荐声学多普勒剖面测流技术，尤其在非满管管道测流情况，且用户仍非常关注流量数据准确性的时候，理由如下： ' Y4 h( f0 R( C% v* u
从技术角度出发，声学多普勒剖面测流的是水下多流层剖析，是公认最为成熟的测流手段之一。除了满管状态下应用的电磁流量计，声学多普勒剖面测流仪相比较其它原理的测流仪而言，它的测量结果更具真实性和代表性，在很多行业和领域可以视为其它测流仪的溯源数据。 6 N: y' y1 z1 h; z7 e8 g8 Z
从实用角度出发，声学多普勒流速剖面仪作为当前流行的一种测流产品（业内称为“ADCP”），安装简便，日常运行成本低。它是通过水下换能器发射脉冲式声波，可以为用户提供具代表性的瞬时流量、平均流速、多流层流速、断面面积以及累计流量等水流信息。
1 L r, d8 H) b3 a6 y# \ 考虑到北塘项目现场长期处于非满管，我们根据综上情况最终向用户推荐SONTEK-IQ系列的底座式多普勒剖面流量计。同时，我们明确告知用户IQ设备不具备防爆功能；并且如果水中漂浮物或泥沙含量过大，潜在定期维护量也会增加，用户表示理解支持。 
' k4 f m2 N1 b9 e9 [* @) e4 f 实测分析 " f. K8 A |4 L; ^* r: T- [% M0 E
1
% b6 @ d" _ `/ [+ K* D 往复流态的测验效果 : B1 Z/ [' D0 c5 t5 i
& N0 c( M/ r& z- l Y) _" y 2022年2月25日调试设备时，管网水流状态非常不稳定，提升泵并没有正常开启。水流处于受上游原水水力影响，呈现往复流态。 + T: r+ U0 i4 F8 K% B
IQpipe准确记录了此时的水流状态的数据，水深约0.7米，水流在±20cm/s之间波动，累计水量缓慢上升。如下图标： 
- @" N0 u. b8 x) K8 U5 y2 b 用户平台采集的流速数据曲线图  5 O9 a I" ^9 ]# ?
IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图 * g0 r W: @$ x
2
! Z( K" l& f ~3 ~% d 突变流态的测验效果 - r" \+ Z5 ]" b8 E- ^
4 f2 o2 Y1 I- s; s: M3 u; a 2.1 2023年6月7号14时左右大雨引起了流量突变，雨停后流量又回到原初。IQpipe记录了过程的数据，瞬时流量从0.2018m³/s上升到约0.3m³/s，雨停后很快恢复到0.22m³/s附近。如下图表 
/ R c1 D8 ?$ q; S) V+ q* f 2.2 2023年4月19号～4月30号期间，因为现场的提升泵进行几次停水维护作业，管道的瞬时流量快速降低为0，启动泵后又恢复正常的几个时间。IQpipe记录了泵站几次维护的流量突变情况，如下蓝色▲标记： 
0 ]& y/ I' Q& u3 B) V3 `* g6 n# Q 3
6 _0 N2 ^6 f. ~ a" q, F( l6 L 长期稳定性的测验效果 * C2 z. ]7 A8 q+ J4 r, m. {: _
* E i p3 d3 z( g. t IQpipe在现场运行已经有一年三个月，除初期调试数据和正常维护工作，设备持续稳定为污水处理厂提供可靠的流量数据。如下数据日报、月报、年报数据表示例:  0 p0 q8 V! _% \( y. i
案例总结
8 j, J1 J8 s" [* c: Q+ T 如何快速获取真实可靠的流量数据，对水资源管理者们准确掌握排水管网的排放总量，对城市水资源的合理调度、污水排放的有效监管有着非凡的意义。
" w; z( n9 d, X2 e' ~) R( a 在城市排水管网测流项目中，繁多的流量计，为何选择IQpipe呢？ ; D- H) j9 b5 { s" Q: f+ C% H
产品集多功能合一，小巧、细长、扁平的外型设计，有效降低污物清理的维护量。 2 y5 R+ g* }/ s/ v y
产品自带内存和CUP处理系统，无需二次仪表独立运行，占用空间少、易安装、功耗低。
( w% F7 M( g% F! s$ I5 s 产品具备两种不同原理的双水位测深系统，科学的自切换和自校正逻辑保障在任何水体中，深度的准确性。 % R0 \$ s& V2 U; r5 @
注：深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。 1 z F+ B4 D, A& K6 _& W& {
产品工作在水下，比非接触式的流速仪更具有代表意义。以多角度、多流层的方式，实时剖析四束垂向的水流信息，最终汇算成流量数据。一台IQpipe的测流代表性相当于多台其它测流仪。 6 b: ^" K( R9 k- {) l
IQpipe的技术核心是采用了高频3MHZ的SONTEK智能脉冲技术，噪音低、分辨率高，水流环境自适应并且抗气候因素和磁场干扰能力强，满足用户对数据精度的高需求。
0 Z( r& T8 ?3 w 产品是针对管道测流专门设计的一款ADCP流量计，内置科学的管道测流算法，支持率定分析，对管道型测流场所有更好的适应性。
7 |0 d' d/ U" |4 t* F4 N, Z 产品可以实现满管、非满管状态的管道实时测流。从本案例也印证了无论管网处在丰水或枯水，甚至回水情况时，IQpipe设备都能清晰为用户提供实时可靠测流数据。 5 ?3 L3 N! u# L* k9 w7 l5 |& G
当然，任何水下设备都有一个共同的课题：当设备处在悬浮物、漂浮物和沉积物冗多的水中，清理杂物的维护工作频率会很高。如果水资源管理者们仍需准确的流量数据，则需提前解决或规避杂物的干扰。方式不局限如下：要考虑合理的选址，灵活地设计支架、过滤装置或反冲洗系统。如本次案例中，生活污水的流量监测维护频率可以达到一个月以上，这与选址和现场设计密不可分。注：项目的选址是在污水提升泵之后，提升泵前端的生活污水经过了一步拦污粗格栅的过滤，并且现场灵活设计了U型支架安装，这两点都非常重要。 $ T" e7 R; @& {! m7 W$ n
综上，IQpipe产品的性能可靠、数据准确、抗气候与磁场环境干扰的能力强，尤其测流的实时剖析能力优势明显。产品应用在城市雨污水管道测流时，如能合理的解决或规避漂浮物或沉积物杂多的影响，既能保障管网中各种水位下的高质量数据，又能达到极低的维护成本，是在这类水域下测流的最佳工具之一。
/ m5 @ ]. S S# g( e7 u 参考文献 7 e: j# @( E1 y: A3 p, U( E8 S8 O
[1] SL247-2012水文资料整编规范[S]．北京：中国水利水电出版社,2012．
& z. \4 @$ a- T [2] SonTek技术白皮书.XA00118. 声学多普勒流量计类型比较:低成本的连续波与多流层脉冲波.  $ @& f# \; z% p! A4 v W/ J
# X) a' i/ \+ H3 J, n4 c7 K n5 k9 D
: K9 Z Q. m$ S2 j& O
6 }1 G3 T. a+ k3 h# N# A) W! c | 
