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前言
6 j* r) d ~. }9 ]3 X( w; r 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。
" v, P( ]7 q$ ^. o# z 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。 P, l7 Y6 s$ o ? L
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。
( B4 j0 M3 b @7 b' g 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： * m8 J$ n( b( S
环境选址与组架设计
$ |; \6 v2 G; ?/ E3 [/ J$ | 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；
5 {8 x+ `5 Q# M) u IQpipe工作原理：更高的声频3MHZ、脉冲式的声学多普勒流速剖析
4 n2 e7 F0 c7 m* t$ v5 Z! L( s 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； % J! @7 d, {! z. J1 b
IQpipe测流模式：水下四波束同时仰视测流，Smartpulse技术 6 b! [, ?; a8 T& u
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； 6 G( q6 c3 C# ^2 O6 Q+ E* J* J
IQpipe的截面积测验：内置双水位的测深设计
, C+ C4 d! W& v9 _5 O- W# p 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 ' E! @% v/ q) K: E2 W. c
IQpipe流量算法：内置了SONTEK专门针对管道流量的算法
! ` U. x5 L T9 U" 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 
3 l3 S6 g; m0 ^7 s 污水处理厂 俯瞰图
, E- \/ C' a2 q( I' V2 G/ K+ G5 H 背景
9 Z/ ]$ w8 k! ], {* A+ B, c 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。  a. y% H, g7 R9 n4 Q" f
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， , s' `% n( B* ~9 r9 K: B
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7 N' ?7 L5 P( y/ B R 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:
5 M; v) X, {7 _/ C: }4 { 排水管的管壁，不能断开、变径和打孔
) \" O/ d- ^; I5 B 污水输送管路经常处于不满管状态 & K8 f! u) u& q* P) l
管道的水位偶尔很低，水流缓慢 # @7 a$ g6 ~* b2 g+ _( `
水质和流速变化较大，有回流情况 2 n8 ~3 u3 Z' N8 q% l
水体浑浊，雨季杂质更多
7 N; @0 y1 K [" f& D, G 流量数据要求高，精度最好在10%以内 
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选型分析 0 p2 j4 }2 E: ~' W
8 F& T% T) e! b9 C3 T 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。 
5 w% E! s' T$ @+ b y 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。
. C+ P, z4 X" r6 w: t 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： ) q+ B {7 V: y4 n% t
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。
( O. Z: G, }4 e+ | 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。
; \7 `3 m, R, s) o9 D 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。  ; P, _ {, e( I- s+ {
实测分析 7 i# E, L. e0 }) P2 G0 T
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往复流态的测验效果
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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。 % R; ^! ~2 l. L0 X; n
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：  ! x6 g U9 D$ a, }. }
用户平台采集的流速数据曲线图  3 R" e# M: V, J" p' z; Y
IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图 @- i9 k( [( b8 F' ~7 C
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突变流态的测验效果
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* A* h' f! }* Z7 b+ U6 y% f4 G 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  9 A" e2 v3 o6 E% j+ @7 L! M
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：  . f; ^+ w1 ?: s- k
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长期稳定性的测验效果 0 M$ y; K% x7 N
+ y% G3 q& D( e6 |9 C, g 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:  8 p( x, z. n5 f& A# C
案例总结
( N* v3 h) Q- g5 S+ H1 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。 & S4 F) d1 c9 y6 d+ b( v
在城市排水管网测流项目中，繁多的流量计，为何选择IQpipe呢？
! }0 q5 t f7 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。
: O$ s( B) x$ w6 [ 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。
1 b w, E0 @) g 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。
) N# Q( u3 y1 [1 m 注：深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。 : X8 ?2 A' B" M8 C0 ?/ }* ~% X
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。
! n7 ~* k0 O7 a4 M5 J 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。 * V: N# d+ m. m
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。
. k0 E$ F% N/ U2 L$ d2 L 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。 1 K8 I& I* v* x$ Z3 m
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。 . J, v8 J3 o$ o5 ~: q9 s8 ~
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。
; ]) U1 J4 I! Q& `1 e 参考文献 ( L- k( B9 p8 T; }) i
[1] SL247-2012水文资料整编规范[S]．北京：中国水利水电出版社,2012．
3 E; `$ i$ v8 Q9 t) U [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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