 " r$ Q s# u; L' h( b. T* L
前言
- `$ ?- Q A* b, [ 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。
* {) c9 t! t. }+ 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。
0 z3 A( o& b. {& N* H 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。
! H$ Q0 Q8 `. g! M9 P3 | 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：
1 v# Y$ @' @; {9 ? 环境选址与组架设计
: e+ o$ l/ F" y& w5 x* _ 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 E; V* J, J7 g IQpipe工作原理：更高的声频3MHZ、脉冲式的声学多普勒流速剖析
: e! a* v( r1 v' V) e" L( w 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；
: A9 z; h2 n) c ] IQpipe测流模式：水下四波束同时仰视测流，Smartpulse技术
9 J) f* |& 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；
Y7 P/ D" y; w, c5 M IQpipe的截面积测验：内置双水位的测深设计
( ^5 C8 w/ C- B+ f2 Q 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 - F ~8 K. k7 L0 f$ A9 A
IQpipe流量算法：内置了SONTEK专门针对管道流量的算法
0 \. A/ O: @* g 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  ) q; v4 o" S# f4 @( p
污水处理厂 俯瞰图
0 Q0 s1 e* J) ^& I# @ 背景
: y% z1 a- [4 M( H3 Y 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。 
/ j! t4 P" a8 I( u; [5 ~* t# ~ 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， ) ]' Z" W$ D+ [
1 ( i i2 ~' ^, `) ] P1 |, x: J8 Q
调研工作 - g+ ^- C0 W" `! A9 G8 R1 C
) r0 p5 Z) M/ x3 n6 q4 ? T) B& F 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: ; {: x( u- T; T6 N
排水管的管壁，不能断开、变径和打孔
W1 K! _: G4 z& y, `9 u" _ 污水输送管路经常处于不满管状态
, u0 a$ \' x1 L& p' r( ]7 V 管道的水位偶尔很低，水流缓慢 8 R6 q. n- B# A) c7 o% k# T! I1 `
水质和流速变化较大，有回流情况
8 {) ?4 g( p1 R 水体浑浊，雨季杂质更多
, v' X. F- }- ?3 c! b& E p 流量数据要求高，精度最好在10%以内 
) v2 v+ w* g; S x 2 3 p8 q# a, X' ~; H/ N
选型分析
$ F2 ~6 ~2 `7 [. J
4 x9 U# y7 @- k+ A1 D) y! m 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。  , A9 D/ @* T# F$ b* v# K6 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。
4 t, @( H2 @) H9 j, K 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：
4 K9 D9 D, O6 M5 B1 N 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。 4 U7 I- O) D0 ?4 T7 L) U+ U
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。 - ~' v% \0 v+ n: z2 f: z
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。 
1 H0 K: a: v: i 实测分析
0 E3 L4 q0 \: w s J 1
& g: [8 R# c# u' B; h 往复流态的测验效果
1 q. c0 L! u$ ^, H ) e T. ~' z" d0 ?' i
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。 " V0 y9 K# }1 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： 
6 A" z, I) P: \+ |+ t. E) @1 F+ ] 用户平台采集的流速数据曲线图  % P9 o, a( t: h; {: `9 I9 P
IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图
' T/ h' n/ C# E7 ~! G& g 2
4 Y4 a/ [* T. A, t" g 突变流态的测验效果 - P7 Y7 F R0 T5 b3 O" _
4 O8 h8 g) N" V1 ]$ e* A7 H
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 H$ t7 P: Z: W3 f, `* v
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： 
! q* Z4 T" U5 Z* N/ n* H 3
$ W: v2 H& P! r* J) }6 I, Y0 g 长期稳定性的测验效果 4 B) i7 C: s' t$ I& f
( s# b1 X+ B; E! D 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 p) u5 f7 v/ w8 M/ P" F8 E+ W- j 案例总结 - }4 F/ W( F0 _+ z, r. B
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。
3 @5 n0 ^$ G5 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 M* W; S( Q5 B) M" a4 }, W 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。 " E$ S8 @- t) h7 H0 e: c1 A: 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。
: C4 z% V" I S, [4 {( d 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。 ! m9 y2 T+ U! |! Z/ Z! ^# I
注：深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。 " G% @* n3 g& R; @$ M( U+ u
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。
+ l1 B r1 l- s5 Z! 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。 / m# O% i' d# h
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。
4 [- t4 U7 ~, y/ d2 z 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。
/ C3 c2 u0 o# I1 |" n# f1 K2 I+ ]) ] 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。 # I! e. Z8 F& _& @
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。 7 z: R; J8 H7 \2 p, \
参考文献 3 E! N; G& b$ L; a3 u
[1] SL247-2012水文资料整编规范[S]．北京：中国水利水电出版社,2012．
$ A/ {3 V' |$ i6 A$ z4 E [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.  5 ^! o$ i) Y% m2 ^+ M# C
6 L: ~1 A* @/ ^5 H: b+ X
s6 Z3 o9 @% w2 V" k+ ?
9 X, E5 D: i1 m |9 k( g1 P
: K: ]7 y3 d" g! h# g | 
