& V* k) d0 i" Y 前言 : l0 e: R8 l) l4 }
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。 9 Y# b; b5 k* S' B3 V9 j9 G" t5 H
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。
& x( ^7 q% v5 {! E& u1 r; | 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。 6 P( w/ |' A2 }
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：
$ ~: @$ F2 V8 I1 V1 g# O4 s+ `( g 环境选址与组架设计
0 D- B0 m# ~/ ~/ c8 E5 O. ]! r 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 O" u, |* 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
0 @1 Y0 z; l) E0 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；
4 H9 ^+ h H0 e1 O0 G: ^, ?7 c IQpipe测流模式：水下四波束同时仰视测流，Smartpulse技术 $ o. J/ p& J! l/ ]% X+ |4 s
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； ! \8 H' }0 f& ?" g( b
IQpipe的截面积测验：内置双水位的测深设计
; \' ]- @; m' ]' j0 q, e- Y! P2 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 - B; H# i* @! T5 B, \) c
IQpipe流量算法：内置了SONTEK专门针对管道流量的算法
, q1 u3 m, b8 D 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  ; r: I& J0 f4 `( b0 u4 ~; w( e
污水处理厂 俯瞰图 . @0 B1 S1 x, g
背景 / [1 M; s& b7 S/ p5 q; q9 C1 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。  - }$ k& @4 S4 K
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
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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:
; j, v7 J+ E5 P- K 排水管的管壁，不能断开、变径和打孔 " G, P$ t& j, w% f! `7 }
污水输送管路经常处于不满管状态 - d! W6 t. M+ N; C
管道的水位偶尔很低，水流缓慢 " C) U6 j- F2 @
水质和流速变化较大，有回流情况 / C+ G5 z/ u, h4 F+ g1 g
水体浑浊，雨季杂质更多
5 v4 v: s+ K3 F+ t1 s- I# K4 C 流量数据要求高，精度最好在10%以内  8 a+ s- r4 `0 o: Q: u6 r
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选型分析 * o- ~6 e1 w* Z8 r! K% y0 j. d. e2 {
* O! ~, @$ Z# B 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。 
$ }6 ]% [6 K" t% J0 O% P/ K1 C 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。 " l: l/ z9 q' ~: v
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 ~5 B! P, X; m2 i; Y& b 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。 . K0 ]7 W! ?; s) Y' B
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。 ! e b5 ]" }: 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。 
8 h+ O" d2 R& z7 W; A 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。
( a% W5 R5 p& L3 I |+ r; i6 M 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： 
% _/ {8 p$ ~# q# O2 }( Z9 \' A 用户平台采集的流速数据曲线图 
9 U. Z. k% m! Q& F' {0 Q IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图 ; a9 W8 K# F b6 U$ f- v
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, [5 |3 r: `; i1 |) J 突变流态的测验效果
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z' _6 K: m/ _3 D- v. l$ b8 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 
7 G" H2 Z; u2 G& K; J, b 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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长期稳定性的测验效果
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, X! {( U# b+ g: T" [7 e 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: 
: S; b6 X4 o* P! U; G; I 案例总结
: `" Q1 o S, o0 L$ w 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。
9 D- H4 w. ^1 d; u& |' S4 F 在城市排水管网测流项目中，繁多的流量计，为何选择IQpipe呢？ 6 m$ X4 F5 [# \; b* ^
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。 5 a8 W9 e& I" U% {6 V
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。
6 ~5 d( D* i W% j8 m& ]1 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+ k0 K* G# J' K8 x" }* { x 注：深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。 8 n7 K. t. d; N( L
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。
9 @8 D: I) b8 |! {0 [. 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。 ' D4 n2 b% O0 u3 g' h 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。 ( _ C/ z" S4 h- e. V8 ~
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。
6 a% V. b U2 b 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。 : s! M& N) q0 z$ K7 X) z6 e- x
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。
" Z5 X9 N; R: M& ~! ?1 X- k 参考文献 / c2 T- O$ \3 A& [( h0 G( `
[1] SL247-2012水文资料整编规范[S]．北京：中国水利水电出版社,2012．
# J" P- o3 X7 ~ [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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