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前言 - }" Z$ ~9 f) {* x8 S% g3 l: }
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。 + t/ A) X9 G/ K7 r: u
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。 0 X4 d" {; y3 t4 e5 M- v
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。 ) P5 Q H; D) ?4 [
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：
: y3 C: G+ O5 W; o4 r 环境选址与组架设计 ! s1 B3 }4 e& n& M+ z4 \
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； : a. R6 _- X" D, n9 C
IQpipe工作原理：更高的声频3MHZ、脉冲式的声学多普勒流速剖析
: k; T, X1 N7 u" Z! r; q z 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；
8 x0 o0 w( p/ O% g f IQpipe测流模式：水下四波束同时仰视测流，Smartpulse技术
/ w: k9 C4 D& l( E* ` 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； 9 `# T+ m% U5 L/ P0 Q+ w( S5 h) k
IQpipe的截面积测验：内置双水位的测深设计 . B# j+ X+ `4 [9 X
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 5 ~3 i. l/ o& k$ s f$ o
IQpipe流量算法：内置了SONTEK专门针对管道流量的算法
8 Q2 h- s& i9 V, @ 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  4 Q9 y; ~$ W5 e/ l# Q
污水处理厂 俯瞰图
. ?8 p4 Q4 f* K" D) C 背景
, @3 d9 s+ N* G0 S g2 S5 c) V 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。  * v/ _& u, c K. R: r3 f$ B4 |
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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4 z) k9 g; b7 j1 t) Z& L( | 调研工作 # M2 F# ~8 t- P
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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:
. g7 I K2 B+ y9 S; ~$ \ 排水管的管壁，不能断开、变径和打孔 + K8 V0 ^1 F8 j4 Z. y* A
污水输送管路经常处于不满管状态 5 h& j0 Z& @0 G6 g w. N; c+ u
管道的水位偶尔很低，水流缓慢 + B7 h5 g9 N# _% o' e
水质和流速变化较大，有回流情况 6 Y8 W: A6 U4 W# q0 P4 _% b& w! R
水体浑浊，雨季杂质更多 0 {5 Q6 r( q4 J
流量数据要求高，精度最好在10%以内  . m' y' P0 K' ?; z0 |. ?
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选型分析
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, A1 a0 N: D6 T. C; U/ L 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。  ' }9 k: |: O4 l2 S h$ X
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。 * f% M; \. x7 X& E
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：
Z. {) m' ~3 _0 @+ Y- H7 y 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。 8 C8 }; _, ? 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。 - X: o6 ~* |$ ~+ _/ E- w( K0 M5 {% v
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。 
& j, D" L K8 V2 X& e 实测分析
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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。
+ w/ r1 r0 q* @- C. |: d 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： 
* v/ x! j+ ~7 x6 I$ r 用户平台采集的流速数据曲线图  ; J# e2 |' r- s: r' m/ V
IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图
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突变流态的测验效果 % d8 N9 C+ v7 ]+ o+ O8 B; C" m- |' f
0 J7 @) E' r6 ^% V% T( R 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  ; x0 d% _0 m" l3 s* c3 t0 k
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： 
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. l$ c" n6 Y" i1 [3 |; M7 T 长期稳定性的测验效果 . J& s* }7 z8 A. @& f: m2 \% n( t
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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: 
2 e. d, E: H1 @. S0 _% T7 G 案例总结
. x! o0 I; a, F6 }7 G* n 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。 . v4 H* T0 K( |' ?
在城市排水管网测流项目中，繁多的流量计，为何选择IQpipe呢？ 7 D6 z8 W2 J8 J( d) d
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 z% E. F4 W% R7 \) u
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。
7 Z) W: Y1 T1 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。 - Z3 S+ m: X4 ^% ~% O4 X" @
注：深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。
: a5 m7 B: k: p7 w0 S+ ?' |7 ^9 p 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。 " r# o, p0 r, Q3 Q: T
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。 , c& ~9 p* N2 ~
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。 / t6 R: Z; s' U4 D- g8 }. q1 ]
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。
) Q# Y' U. w% \% k- j+ X 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。
6 z$ Y3 v: N b) N2 u 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。
k- R E8 {9 D 参考文献 " H8 Q, \, b2 d. i; L. j" {
[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# \6 x7 @: U& 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.  $ |$ {7 n# g' {1 h/ d# Z& y
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