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近二十年來，我國正經(jīng)歷著一場速度迅猛、規(guī)模宏大的城鎮(zhèn)化進程，截至2020年我國城鎮(zhèn)化率已達(dá)63.89%。城鎮(zhèn)經(jīng)濟的快速發(fā)展伴隨著人口密度大幅上升，民生的排水問題逐漸成為影響城市良性發(fā)展的因素之一。

在二零二一年底，北方某城市污水處理廠就面臨著一個污水管道測流的難題，他們對污水提升泵站長距離輸送的流量非常關(guān)注，但歷經(jīng)兩次不同測流產(chǎn)品的試用，都未能得到可靠的實時流量數(shù)據(jù)。為此，二零二二年二月份水廠開啟了第三次設(shè)備嘗試，引進了美國 SonTek 公司管道式聲學(xué)多普勒剖面流量計 IQ Pipe，安裝在一泵站出水約20米的位置，進行長期的考核測驗。

歷經(jīng)長達(dá)一年的數(shù)據(jù)證明，第三次的設(shè)備選型與測驗結(jié)果獲得認(rèn)可與肯定。IQ Pipe較好地滿足用戶測流需求，有效地為污水處理廠區(qū)域內(nèi)排放量的監(jiān)督、處理量的預(yù)測以及水資源調(diào)度等，提供了實時準(zhǔn)確的水量信息，其意義重大。

• 環(huán)境選址與組架設(shè)計

  成效：測流點位于泵站粗格柵之后和集成商設(shè)計的 U 型安裝支架發(fā)揮了很大作用，盡可能降低了設(shè)備維護工作量；

• IQ Pipe 工作原理：更高的聲頻 3 MHz、脈沖式的聲學(xué)多普勒流速剖析

  成效：相比其它原理抗氣候/磁場等因素干擾；提供高分辨率、高精確度、多流層、三維矢量的實時流速剖析，滿足滿管和非滿管狀態(tài)的管道測流需求；

• IQ Pipe 測流模式：水下四波束同時仰視測流，SmartPulseHD 技術(shù)

  成效：以更多角度和垂線方向的實時測流方式，置信度更高；SmartPulseHD 技術(shù)保障環(huán)境適應(yīng)性，特別適用于管道內(nèi)常見的水流速不均、絮流、回流、弱流等情況。一臺 IQ Pipe 等于多臺其它測流儀且性能突出；

• IQ Pipe 的截面積測驗：內(nèi)置雙水位的測深設(shè)計

  成效：不同原理雙水位的水深數(shù)據(jù)可同時輸出，工作時相互作用，不受水體雜質(zhì)多或氣壓波動的測深影響。保障了水位數(shù)據(jù)更精確，流量匯算所需的截面積數(shù)據(jù)高精度；

• IQ Pipe 流量算法：內(nèi)置了 SonTek 專門針對管道流量的算法

  成效：簡單的設(shè)置，就能得到準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)；而且特殊環(huán)境或更高數(shù)據(jù)要求支持率定分析。

北方某城市污水提升泵站擔(dān)負(fù)著某所大學(xué)及周邊小區(qū)的污水輸送任務(wù)。污水處理廠的管理者們非常關(guān)注該泵站的流量數(shù)據(jù)，曾先后采用了電磁流量計和連續(xù)式聲學(xué)多普勒測流儀，以便實時監(jiān)測管道內(nèi)的污水流量，但使用后的數(shù)據(jù)不太理想，沒有達(dá)到用戶預(yù)期需求。

因此，賽萊默加入了污水處理廠管網(wǎng)流量測驗的深度研討，并多次趕赴現(xiàn)場實況勘察，進行相關(guān)工作。

污水提升泵站的輸送水體主要為居民生活污水和雨水，管道長度約5.6公里，管道直徑1.8米，管道的材質(zhì)為不銹鋼。我們經(jīng)過實況勘察和調(diào)研，記錄了現(xiàn)場測流存在主要特點:

經(jīng)過調(diào)研總結(jié)，結(jié)合我們與設(shè)計院技術(shù)負(fù)責(zé)人多次會議交流、水廠工作人員的深入溝通，復(fù)盤現(xiàn)場前兩次施策的流量計運行情況如下：

電磁流量計

電磁流量計是電磁感應(yīng)原理，法蘭固定，斷管安裝。適用于滿管帶壓的流量測驗，易被磁場環(huán)境干擾。因為現(xiàn)場管道不允許斷開和做變徑處理，選址的水量經(jīng)常達(dá)不到滿管的狀態(tài)，電磁流量計仍然按照水流充滿管的面積計算流量，導(dǎo)致了極大誤差。

連續(xù)式聲學(xué)多普勒流量計

連續(xù)式聲學(xué)多普勒流量計采用的是連續(xù)式聲學(xué)多普勒原理，它們不等同于的聲學(xué)多普勒剖面流量儀。連續(xù)式多普勒不能實現(xiàn) 真正的“流層剖面”分析，源于它們運行原理對空間的距離信息是未知的。

該原理的設(shè)備采用發(fā)射聲波和接收聲波信號分置方式，雖然有兩個換能器窗口，大部分只是測量的單條聲波上的測流數(shù)據(jù)。水體中連續(xù)不間斷的聲波信號群之間會產(chǎn)生很大的背景噪音，直接影響正常信號的采集分析，導(dǎo)致流速的誤差大、辨識度很低。雖然開發(fā)者會采取算法或程序上的補償，但也僅僅是降低了部分干擾，在緩慢水流、回水條件和雙向流態(tài)等環(huán)境中分辨率和置信度仍然很差。塘沽污水泵站管網(wǎng)的水情復(fù)雜，經(jīng)常有低水速情況以及偶爾的回水現(xiàn)象，當(dāng)時設(shè)備的誤差顯著且無法在程序匯算中得到補償。

非接觸式多普勒原理的測流儀

常見的非接觸式多普勒測流儀分為電波、聲波或雷達(dá)測流儀，是一種測量局部水面的流速為“指標(biāo)流速”。該方法的優(yōu)點是水面以上安裝，相對易維護；缺點是這種水面流速的代表性比剖面流速面積法的要差很多，易受環(huán)境氣候影響。如下圖所示：用表面局部流速強行表征水體平均流速，類似在流場無規(guī)律的污水管道里僅僅測了一個“點”，即使在該點流速做好率定關(guān)系，但流態(tài)隨時發(fā)生變化，其誤差不言而喻。

非接觸式水位-流量計

水位流量關(guān)系法產(chǎn)品是水文行業(yè)早期的一種測流方式。工作原理是實時監(jiān)測水位，通過水位和流量的曲線關(guān)系最終計算流量。該方法的優(yōu)點是水面以上安裝，在具備堰槽的情況下數(shù)據(jù)可靠，成本低且易維護；缺點是相比流速面積法誤差大，尤其在流速突變的情況，同時假如不具備標(biāo)準(zhǔn)堰槽的條件下，不同環(huán)境中安裝使用都需要大量的的率定工作，才能建立最佳的水位流量關(guān)系曲線，耗時耗力。

城市排污管網(wǎng)測流產(chǎn)品的選型時，滿管優(yōu)先選擇電磁流量計。但在非滿管條件下，往往會涉及到復(fù)雜的水體組份，管道材質(zhì)的差異、液位變化的頻次、市場繁多測流品牌以及價格、維護成本等考慮因素，讓業(yè)主很難做出最佳的選擇。

市場上不同測流產(chǎn)品良莠不齊，不同產(chǎn)品之間進行同步比測，有時數(shù)據(jù)差別都很大，業(yè)主甚至不清楚應(yīng)該以哪組數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，從何處溯源數(shù)據(jù)。

針對這種情況，賽萊默做出的推薦是聲學(xué)多普勒剖面測流技術(shù)，尤其是在非滿管的管道測流情況，用戶仍非常關(guān)注流量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的時候，理由如下：

• 從技術(shù)角度出發(fā)，聲學(xué)多普勒剖面測流的是水下多流層剖析，早已是較為成熟的測流手段之一。除了滿管狀態(tài)下應(yīng)用的電磁流量計，聲學(xué)多普勒剖面測流儀相比較其它原理的測流儀而言，它的測量結(jié)果更具真實性和代表性，在很多行業(yè)和領(lǐng)域可以視為其它測流儀的溯源數(shù)據(jù)。

• 從實用角度出發(fā)，聲學(xué)多普勒流速剖面儀作為當(dāng)前流行的一種測流產(chǎn)品（業(yè)內(nèi)稱為“ADCP”），安裝簡便，日常運行成本低。它是通過水下?lián)Q能器發(fā)射脈沖式聲波，可以為用戶提供具代表性的瞬時流量、平均流速、多流層流速、斷面面積以及累計流量等水流信息。

考慮到項目現(xiàn)場長期處于非滿管，我們根據(jù)綜上情況最終向用戶推薦 SonTek IQ 系列的底座式多普勒剖面流量計。同時，我們明確告知 IQ 設(shè)備不具備防爆功能；并且如果水中漂浮物或泥沙含量過大，潛在定期維護量也會增加，用戶表示理解與支持。

IQ Pipe 是一款高性價比的管道型測流產(chǎn)品，采用成熟的脈沖式聲學(xué)多普勒剖面測流原理，核心技術(shù)是 SonTek 前沿的智能脈沖技術(shù)（SmartPulseHD），產(chǎn)品擁有五束聲波換能器：四束測流、一束專門測深。

• 聲學(xué)脈沖多普勒剖面測流原理；剖面數(shù)量可高達(dá)100個

• 聲波頻率高頻達(dá) 3Mkz；注釋：相同條件下，聲波頻率越高，分辨率越高

• 五束的聲波換能器；多角度、多流層、多垂線監(jiān)測管道水流

• SonTek 技術(shù)的 SmartPulseHD 智能脈沖功能

• 雙水位測深系統(tǒng)：垂直波束和壓力傳感器同時輸出水位

• 可以測量滿管以及非滿管狀態(tài)下的管道流態(tài)

• 運行功耗小于1w，適用于野外無市電的場所

• 無需顯示器，設(shè)備本身處理數(shù)據(jù)帶內(nèi)存，具備數(shù)據(jù)輸出接口和協(xié)議

選址一直都是測流非常重要的環(huán)節(jié)，決策結(jié)果因?qū)崨r不同而異。我們在管道測流選址時，需要參考事宜（實際應(yīng)不限于列舉內(nèi)容）：

該項目中最終安裝架設(shè)計如下：

1) 參數(shù)設(shè)置（設(shè)備檢查-安裝位置-管道形狀-水流閾值等）

SonTek-IQ 具有防止受到水中生物沾污的性能，即便換能器上生長了一些生物或較淺泥沙覆蓋，仍然能夠有效地運行，無需的太多維護作業(yè)。然而，在城市排水管網(wǎng)水體流量監(jiān)測領(lǐng)域里，漂浮物和泥沙含量較大是一個顯著的問題，兩種情況的維護量特說明如下：

2022年2月25日調(diào)試設(shè)備時，管網(wǎng)水流狀態(tài)非常不穩(wěn)定，提升泵并沒有正常開啟。水流處于受上游原水水力影響，呈現(xiàn)往復(fù)流態(tài)。IQ Pipe 準(zhǔn)確記錄了此時的水流狀態(tài)的數(shù)據(jù)，水深約0.7米，水流在±20cm/s之間波動，累計水量緩慢上升。如下圖標(biāo)：可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實體，若要生產(chǎn)不同形狀的零件模型，只需改變 CAD 模型，重新調(diào)整和設(shè)置參數(shù)即可。

2023年6月7號14時左右大雨引起了流量突變，雨停后流量又回到原初。IQ Pipe 記錄了過程的數(shù)據(jù)，瞬時流量從0.2018m/s上升到約0.3m/s，雨停后很快恢復(fù)到0.22m/s附近。如下圖表

IQ Pipe 在現(xiàn)場運行已經(jīng)有一年三個月的歷史，初期調(diào)試數(shù)據(jù)和正常維護工作除外，設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定為污水處理廠提供可靠的流量數(shù)據(jù)。如下數(shù)據(jù)日報、月報、年報數(shù)據(jù)表示例:

如何快速獲取真實可靠的流量數(shù)據(jù)，對水資源管理者們準(zhǔn)確掌握排水管網(wǎng)的排放總量，對城市水資源的合理調(diào)度、污水排放的有效監(jiān)管有著非凡的意義。在城市排水管網(wǎng)測流項目中，繁多的流量計，為何選擇 IQ Pipe 呢？

1. 產(chǎn)品集多功能合一，小巧、細(xì)長、扁平的外型設(shè)計，有效降低污物清理的維護量。

2. 產(chǎn)品自帶內(nèi)存和 CUP 處理系統(tǒng)，無需二次儀表獨立運行，占用空間少、易安裝、功耗低。

3. 產(chǎn)品具備兩種不同原理的雙水位測深系統(tǒng)，科學(xué)的自切換和自校正邏輯保障在任何水體中，深度的準(zhǔn)確性。

   注：深度數(shù)據(jù)精度直接影響流量數(shù)據(jù)里截面積的精度。

4. 產(chǎn)品工作在水下，比非接觸式的流速儀更具有代表意義。以多角度、多流層的方式，實時剖析四束垂向的水流信息，最終匯算成流量數(shù)據(jù)。一臺 IQ Pipe 的測流代表性相當(dāng)于多臺其它測流儀。

5. IQ Pipe 的技術(shù)核心是采用了高頻 3 MHz 的 SonTek 智能脈沖技術(shù)，噪音低、分辨率高，水流環(huán)境自適應(yīng)并且抗氣候因素和磁場干擾能力強，滿足用戶對數(shù)據(jù)精度的高需求。

6. 產(chǎn)品是針對管道測流專門設(shè)計的一款 ADCP 流量計，內(nèi)置科學(xué)的管道測流算法，支持率定分析，對管道型測流場所有更好的適應(yīng)性。

7. 產(chǎn)品可以實現(xiàn)滿管、非滿管狀態(tài)的管道實時測流。從本案例也印證了無論管網(wǎng)處在豐水或枯水，甚至回水情況時，IQ Pipe 設(shè)備都能清晰為用戶提供實時可靠測流數(shù)據(jù)。

8. 當(dāng)然，任何水下設(shè)備都有一個共同的課題：當(dāng)設(shè)備處在懸浮物、漂浮物和沉積物冗多的水中，清理雜物的維護工作頻率會很高。如果水資源管理者們?nèi)孕铚?zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)，則需提前解決或規(guī)避雜物的干擾。方式不局限如下：要考慮合理的選址，靈活地設(shè)計支架、過濾裝置或反沖洗系統(tǒng)。如本次案例中，生活污水的流量監(jiān)測維護頻率可以達(dá)到一個月以上，這與選址和現(xiàn)場設(shè)計密不可分。注：項目的選址是在污水提升泵之后，提升泵前端的生活污水經(jīng)過了一步攔污粗格柵的過濾，并且現(xiàn)場靈活設(shè)計了 U 型支架安裝，這兩點都非常重要。

綜上，IQ Pipe 產(chǎn)品的性能可靠、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、抗氣候與磁場環(huán)境干擾的能力強，尤其測流的實時剖析能力明顯優(yōu)于同類產(chǎn)品。產(chǎn)品應(yīng)用在城市雨污水管道測流時，如能合理的解決或規(guī)避漂浮物或沉積物雜多的影響，它既能保障管網(wǎng)中各種水位下的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，又能達(dá)到極低的維護成本，是在這類水域下測流的最佳工具之一。