脈衝(chong) 式聲學多普勒流量儀(yi) 在城市排汙中的應用

前言

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

 在二零二一年底，某汙水處理廠就麵臨(lin) 汙水管道測流的難題，他們(men) 對汙水提升泵站長距離輸送的流量非常關(guan) 注，但曆經兩(liang) 次不同測流產(chan) 品的試用，都未能得到可靠的實時流量數據。為(wei) 此，二零二二年二月份水廠開啟了第三次設備嚐試，引進了賽萊默旗下品牌SonTek管道式聲學多普勒剖麵流量計IQpipe，安裝在泵站出水約20米的位置，進行長期考核測驗。

 曆經長達一年的數據監測，第三次的設備選型與(yu) 測驗結果獲得認可與(yu) 肯定。IQpipe較好地滿足用戶測流需求，有效地為(wei) 汙水處理廠區域內(nei) 排放量的監督、處理量的預測以及水資源調度等，提供了實時準確的水量信息，其意義(yi) 重大。

在本次測驗中，采用的IQpipe流量儀(yi) 能夠提供高質量的水流數據保障，得益以下幾個(ge) 方麵的原因：

·環境選址與(yu) 組架設計

成效：測流點位於(yu) 泵站粗格柵之後和集成商設計的U型安裝支架發揮了很大作用，很大程度降低了設備維護工作量；

·IQpipe工作原理：更高的聲頻3MHZ、脈衝(chong) 式的聲學多普勒流速剖析

成效：相比其它原理抗氣候/磁場等因素幹擾；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的管道測流需求；

·IQpipe測流模式：水下四波束同時仰視測流，Smartpulse技術

成效：以更多角度和垂線方向的實時測流方式，置信度更高；Smartpulse技術保障環境適應性，特別適用於(yu) 管道內(nei) 常見的水流速不均、絮流、回流、弱流等情況。一台IQpipe等於(yu) 多台其它測流儀(yi) 且性能突出；

·IQpipe的截麵積測驗：內(nei) 置雙水位的測深設計

成效：不同原理雙水位的水深數據可同時輸出，工作時相互作用，不受水體(ti) 雜質多或氣壓波動的測深影響。保障了水位數據更精確，流量匯算所需的截麵積數據高精度

·IQpipe流量算法：內(nei) 置了SONTEK專(zhuan) 門針對管道流量的算法

成效：簡單的設置，就能得到準確的流量數據；而且特殊環境或更高數據要求支持率定分析

汙水處理廠 俯瞰圖

背景

 某汙水提升泵站位於(yu) 城市新區，擔負著高校校區及周邊小區的汙水輸送任務。汙水處理廠的管理者們(men) 非常關(guan) 注該泵站的流量數據，曾先後采用電磁流量計和連續式聲學多普勒測流儀(yi) ，以便實時監測管道內(nei) 的汙水流量，但采集數據不理想，沒有達到用戶預期需求。

為(wei) 此，賽萊默與(yu) 汙水處理廠就管網流量測驗共同進行深度研討，並多次趕赴現場實況勘察，

1、調研工作

 汙水提升泵站的輸送水體(ti) 主要為(wei) 居民生活汙水和雨水，管道長度約5.6公裏，管道直徑1.8米，管道的材質為(wei) 不鏽鋼。我們(men) 經過實況勘察和調研，記錄了現場測流存在主要特點:

·排水管的管壁，不能斷開、變徑和打孔

·汙水輸送管路經常處於(yu) 不滿管狀態

·管道的水位偶爾很低，水流緩慢

·水質和流速變化較大，有回流情況

·水體(ti) 渾濁，雨季雜質更多

·流量數據要求高，精度最好在10%以內(nei)

2、選型分析

 城市排汙管網測流產(chan) 品的選型時，滿管優(you) 先選擇電磁流量計。但在非滿管條件下，往往會(hui) 涉及到複雜的水體(ti) 組份，管道材質的差異、液位變化的頻次、市場繁多測流品牌以及價(jia) 格、維護成本等因素，讓業(ye) 主很難做出選擇。

市場上不同測流產(chan) 品良莠不齊，不同產(chan) 品之間進行同步比測，有時數據差別都很大，業(ye) 主甚至不清楚應該以哪組數據為(wei) 準，從(cong) 何處溯源。

針對這種情況，賽萊默推薦聲學多普勒剖麵測流技術，尤其在非滿管管道測流情況，且用戶仍非常關(guan) 注流量數據準確性的時候，理由如下：

·從(cong) 技術角度出發，聲學多普勒剖麵測流的是水下多流層剖析，是最為(wei) 成熟的測流手段之一。除了滿管狀態下應用的電磁流量計，聲學多普勒剖麵測流儀(yi) 相比較其它原理的測流儀(yi) 而言，它的測量結果更具真實性和代表性，在很多行業(ye) 和領域可以視為(wei) 其它測流儀(yi) 的溯源數據。

·從(cong) 實用角度出發，聲學多普勒流速剖麵儀(yi) 作為(wei) 當前流行的一種測流產(chan) 品（業(ye) 內(nei) 稱為(wei) “ADCP"），安裝簡便，日常運行成本低。它是通過水下換能器發射脈衝(chong) 式聲波，可以為(wei) 用戶提供具代表性的瞬時流量、平均流速、多流層流速、斷麵麵積以及累計流量等水流信息。

 考慮到北塘項目現場長期處於(yu) 非滿管，我們(men) 根據綜上情況最終向用戶推薦SONTEK-IQ係列的底座式多普勒剖麵流量計。同時，我們(men) 明確告知用戶IQ設備不具備防爆功能；並且如果水中漂浮物或泥沙含量過大，潛在定期維護量也會(hui) 增加，用戶表示理解支持。

實測分析

1、往複流態的測驗效果

2022年2月25日調試設備時，管網水流狀態非常不穩定，提升泵並沒有正常開啟。水流處於(yu) 受上遊原水水力影響，呈現往複流態。

IQpipe準確記錄了此時的水流狀態的數據，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：

用戶平台采集的流速數據曲線圖

IQpipe自帶客戶端的流速/流量/水位數據曲線圖

2、突變流態的測驗效果

2.1

2023年6月7號14時左右大雨引起了流量突變，雨停後流量又回到原初。IQpipe記錄了過程的數據，瞬時流量從(cong) 0.2018m³/s上升到約0.3m³/s，雨停後很快恢複到0.22m³/s附近。如下圖表

2.2

2023年4月19號～4月30號期間，因為(wei) 現場的提升泵進行幾次停水維護作業(ye) ，管道的瞬時流量快速降低為(wei) 0，啟動泵後又恢複正常的幾個(ge) 時間。IQpipe記錄了泵站幾次維護的流量突變情況，如下藍色▲標記：

3、長期穩定性的測驗效果

IQpipe在現場運行已經有一年三個(ge) 月，除初期調試數據和正常維護工作，設備持續穩定為(wei) 汙水處理廠提供可靠的流量數據。如下數據日報、月報、年報數據表示例:

案例總結

如何快速獲取真實可靠的流量數據，對水資源管理者們(men) 準確掌握排水管網的排放總量，對城市水資源的合理調度、汙水排放的有效監管有著非凡的意義(yi) 。

在城市排水管網測流項目中，繁多的流量計，為(wei) 何選擇IQpipe呢？

1、產(chan) 品集多功能合一，小巧、細長、扁平的外型設計，有效降低汙物清理的維護量。

2、產(chan) 品自帶內(nei) 存和CUP處理係統，無需二次儀(yi) 表獨立運行，占用空間少、易安裝、功耗低。

3、產(chan) 品具備兩(liang) 種不同原理的雙水位測深係統，科學的自切換和自校正邏輯保障在任何水體(ti) 中，深度的準確性。

注：深度數據精度直接影響流量數據裏截麵積的精度。

4、產(chan) 品工作在水下，比非接觸式的流速儀(yi) 更具有代表意義(yi) 。以多角度、多流層的方式，實時剖析四束垂向的水流信息，最終匯算成流量數據。一台IQpipe的測流代表性相當於(yu) 多台其它測流儀(yi) 。

5、IQpipe的技術核心是采用了高頻3MHZ的SONTEK智能脈衝(chong) 技術，噪音低、分辨率高，水流環境自適應並且抗氣候因素和磁場幹擾能力強，滿足用戶對數據精度的高需求。

6、產(chan) 品是針對管道測流專(zhuan) 門設計的一款ADCP流量計，內(nei) 置科學的管道測流算法，支持率定分析，對管道型測流場所有更好的適應性。

7、產(chan) 品可以實現滿管、非滿管狀態的管道實時測流。從(cong) 本案例也印證了無論管網處在豐(feng) 水或枯水，甚至回水情況時，IQpipe設備都能清晰為(wei) 用戶提供實時可靠測流數據。

8、當然，任何水下設備都有一個(ge) 共同的課題：當設備處在懸浮物、漂浮物和沉積物冗多的水中，清理雜物的維護工作頻率會(hui) 很高。如果水資源管理者們(men) 仍需準確的流量數據，則需提前解決(jue) 或規避雜物的幹擾。方式不局限如下：要考慮合理的選址，靈活地設計支架、過濾裝置或反衝(chong) 洗係統。如本次案例中，生活汙水的流量監測維護頻率可以達到一個(ge) 月以上，這與(yu) 選址和現場設計密不可分。注：項目的選址是在汙水提升泵之後，提升泵前端的生活汙水經過了一步攔汙粗格柵的過濾，並且現場靈活設計了U型支架安裝，這兩(liang) 點都非常重要。

綜上，IQpipe產(chan) 品的性能可靠、數據準確、抗氣候與(yu) 磁場環境幹擾的能力強，尤其測流的實時剖析能力優(you) 勢明顯。產(chan) 品應用在城市雨汙水管道測流時，如能合理的解決(jue) 或規避漂浮物或沉積物雜多的影響，既能保障管網中各種水位下的高質量數據，又能達到極低的維護成本，是在這類水域下測流的最佳工具之一。