& n; |. h2 |+ q- ^7 D- b( K 前言 9 x: i6 r) a; X5 t U& c
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。 ' c3 s2 q4 j' p: e
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。 2 G/ m4 O$ e! n E6 ~% P! Y
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。
; d- m0 o. j2 D7 v( J+ F: B: {, c8 }% d$ } 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：
; B6 D' r: s! N: O* E5 W K$ C 环境选址与组架设计
# T4 N- T/ }3 B @8 b% A! f5 N2 ?6 V 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； 7 t" U0 |* d" X) q. t; J/ |
IQpipe工作原理：更高的声频3MHZ、脉冲式的声学多普勒流速剖析 7 B! L9 f% b" t" J D' l
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； - x, I- M! j& Q2 y3 E! x
IQpipe测流模式：水下四波束同时仰视测流，Smartpulse技术
" ~# ]5 P) j! U0 x A% x 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；
0 p; T+ X; |6 D }& I$ H IQpipe的截面积测验：内置双水位的测深设计
: }; a7 |) V% a8 W 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 & U" ^ t W& i7 C% A
IQpipe流量算法：内置了SONTEK专门针对管道流量的算法 ' X* j7 Z/ w: w
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  % N' n: c: J8 n% `9 z
污水处理厂 俯瞰图
/ C6 ?9 g& [+ I: ^/ ~( F 背景 5 X) k/ o4 O& G* z8 o0 u# m% V" J
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。 
x" X: v; v: C! b5 ^) ?+ I k8 w 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，
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调研工作 9 x3 E# Q+ M5 t
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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: ( \+ W# ]3 M3 c/ h5 M5 D9 R
排水管的管壁，不能断开、变径和打孔 * B* Z3 K7 W. ` |/ F1 N
污水输送管路经常处于不满管状态
7 O" }! r5 _6 F0 w- K9 P; B7 C3 o 管道的水位偶尔很低，水流缓慢 / S/ g* x( p5 w6 F" _. u
水质和流速变化较大，有回流情况
; V+ a$ T# F! G3 \" y' ^! a0 F 水体浑浊，雨季杂质更多 3 a$ H) W/ Q& x( |$ z* G# c
流量数据要求高，精度最好在10%以内  ( e) d1 n$ I( ^9 m2 E8 E
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选型分析 6 z6 M7 |$ B* T+ g7 ~
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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。  % O# J5 O, H7 d+ _1 p
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。 & ?9 Y2 _- m" D5 {: y& l' B
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： 6 H. i- ~4 v1 D: {3 K: s7 _# ^7 a
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。 $ T) {* ~6 b' B( X
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。
/ T e- w4 N% Y% Z- @4 A: U 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。 
# c0 v6 u, |7 x' y 实测分析 6 Z. c7 ?% E4 O
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0 y& ^4 r4 v* a 往复流态的测验效果 + m) U- f5 y* L) u$ \4 P& h7 {# D
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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。 ) S! x, F1 _4 N/ `8 r: y0 l
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：  " h6 f) y) y0 q M) n+ D
用户平台采集的流速数据曲线图 
4 G- t0 W# S; [. Z" g) M% x9 p IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图 ) K% m+ l$ J& j: h' Y
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突变流态的测验效果 ; I) h* @# }* I9 _5 o" S- C
/ t& B2 z+ S, Y 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 
( n( ?* e# t3 |+ @4 u( x 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：  / S+ d) C, B6 t, A% m; ]
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长期稳定性的测验效果 3 H, Y4 S# ?4 y4 X) F- w
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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:  7 h7 j; W g9 n8 m! m& @
案例总结
, j! p3 O l& I 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。 ; r% j$ U( f7 z6 G* i
在城市排水管网测流项目中，繁多的流量计，为何选择IQpipe呢？ 9 z- T+ v" u. t/ g- o3 d" N2 |
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。
0 m* G! L# d5 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。
4 x' P4 Y+ Y( |$ L; q0 L 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。
" I. t" @( h/ u; C8 e% D7 O# J9 ~ n 注：深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。
' k& Y1 N2 N+ }+ ]! ?4 C% E 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。
. {& a# z9 e9 i 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。 5 R- O0 D9 e* n3 \$ c- B: r
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。 9 b5 L" Q6 n/ k# I" m& p
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。 x7 ]) X: x/ _: a$ Q
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。 % O! z* `- O! v' U) w/ U% S1 q$ x! O
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。
3 B* R4 w! H! q 参考文献
5 R) V# P- f4 l! n. r1 p [1] SL247-2012水文资料整编规范[S]．北京：中国水利水电出版社,2012．
! \4 ]4 K& C, o: b [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.  % C, ?6 L6 b9 q! A8 O' Y
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