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前言 & S4 m+ k) O; `5 \ t% [1 U8 b3 U; s
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。
. y6 l# n1 M3 H! l) n' S 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。 ; m) V4 b4 _" h3 K1 I3 D* [$ U
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。
' V8 J# l/ O' E9 t" ^+ E 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： c' R7 P5 ?9 f1 \
环境选址与组架设计 8 B3 B# c, r% ]1 d
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； 0 b: v/ p: o: F( G, o
IQpipe工作原理：更高的声频3MHZ、脉冲式的声学多普勒流速剖析
1 @( v8 Y V% n1 u9 w4 H2 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； ; M& J6 _1 G1 x- K4 [
IQpipe测流模式：水下四波束同时仰视测流，Smartpulse技术
F9 Y' p1 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； $ t& e' K6 c0 y! w& d7 N! s% Q; D
IQpipe的截面积测验：内置双水位的测深设计 9 |* A5 q$ c4 w9 d
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 : @7 p. x' e5 u. ]
IQpipe流量算法：内置了SONTEK专门针对管道流量的算法 9 ^) q8 k: ~+ I3 I
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  , D3 O$ P) a9 p; q1 M9 R' k* n) U
污水处理厂 俯瞰图 " i8 q7 }! L }
背景
- w- E* `2 b! e7 R& 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。  , Q e5 j0 P$ G" R0 X" r2 X
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， & u# Y/ M7 ?9 p0 v6 T
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- f4 N8 L4 \* u; e6 n5 d 调研工作
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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: $ i8 ?2 @* z+ x& [' p* ~, ? I
排水管的管壁，不能断开、变径和打孔 : g1 n- `7 v, I4 n
污水输送管路经常处于不满管状态
1 Q9 z6 | G) J# [ 管道的水位偶尔很低，水流缓慢
D* [6 w3 @! D( T" ^ 水质和流速变化较大，有回流情况 3 ~* ^" i5 Y! j' M" |
水体浑浊，雨季杂质更多
+ b8 f# W+ Z! y$ R6 t 流量数据要求高，精度最好在10%以内  0 V3 `4 I e/ r* `4 \8 {
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$ ^ F- a& J0 T' S. `- `/ f" ` 选型分析 4 J+ I( E( b* t/ m# {* @8 }
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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。  ! A! {, x# K- I+ g' o. i) O3 X$ B( d
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。 . z8 f8 ~1 Q& U, N
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：
- V& j. D- ^" z# c) p 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。 * ^' u3 g% X% X; N Y. t0 j
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。 ( S/ y6 y7 G7 ~1 k- {( f3 a, \7 N
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。 
4 R4 a. }5 n1 J L) v7 W6 O 实测分析 4 `8 ~6 w- {' P5 u
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往复流态的测验效果 9 t. j) a: b5 |. \5 H8 r' Q& `
( [ J' x! y3 j# S 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。 ; B6 _# _) ~* e% ~; f( e
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： 
# I$ ?" ~( S7 K' R9 W& w! ~ 用户平台采集的流速数据曲线图 
) t! K4 W x( W# a/ Z0 t IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图
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$ p7 s& J" G' t, V6 v' T 突变流态的测验效果
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' W# r, N4 s! K" `1 l 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  4 Q* H, z; z" h/ h
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：  2 M5 u$ ?5 ^$ U$ }6 |. E
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长期稳定性的测验效果 , ~7 ?- y/ l9 _! I8 W$ e
" x6 w7 v! M4 M; J" O 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: 
- o. s) a& R" T) w. H) M 案例总结
0 n& X0 x7 M0 p8 N5 d 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。 8 n7 Q" B l9 F% t7 U0 c9 D
在城市排水管网测流项目中，繁多的流量计，为何选择IQpipe呢？ % @" B# [( _7 p1 r/ c
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。
. Y; T4 O% x" K- N' a! j 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。
0 _8 e2 n- _4 M8 v. ? 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。 8 T6 I6 f" M2 u7 @: k( k
注：深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。
6 L8 L& F3 ]3 U9 V4 }. K2 D 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。 1 U& Y) z2 n& N' i/ W
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。
) U, B# O& i* j) ]! W0 I0 ^7 _ 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。
% p& p- l K1 c 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。 3 S: O9 f6 N6 |/ I$ z* o6 J
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。 3 `! _6 b e9 U$ }+ r9 P% r
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。
/ p6 |* Z4 P) d% W- Q- T. a 参考文献
, `% ^- U( B; v! i9 | x [1] SL247-2012水文资料整编规范[S]．北京：中国水利水电出版社,2012．
7 A% o$ x/ G) 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. 
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