( ~5 l% {7 O) e+ z8 q/ r4 v# u* N 前言 % r) F6 h8 T: \1 M# d* n% 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。
V s; L/ r" F. |' p' 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。
9 b9 K% b3 C. \) ? 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。 " ^1 N+ c2 C: f6 b ~/ z8 j
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： : L% C/ S0 E1 _0 g
环境选址与组架设计 / P3 e4 ?$ g. c
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； ! R' d/ e. U+ H# S# C( n s) j$ w4 ^: N
IQpipe工作原理：更高的声频3MHZ、脉冲式的声学多普勒流速剖析
s+ I: B9 P2 P 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； - G" j; R$ O. y* R+ y; ?* b
IQpipe测流模式：水下四波束同时仰视测流，Smartpulse技术
1 S" C/ z- @- d9 b) u 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；
: j- g; Y$ F' k* `' B* N IQpipe的截面积测验：内置双水位的测深设计
( Q) _. v9 y1 l# m- e 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 $ i. J- C1 F& n
IQpipe流量算法：内置了SONTEK专门针对管道流量的算法
! U4 N7 i/ z' D- _8 P 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  8 K$ p, ~5 { O# W _
污水处理厂 俯瞰图
- c6 \8 _& D3 h0 _. ] 背景 & U! Z: S) ]% y' V& F- V; X4 D
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( q/ }$ n/ U 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，
! a( _# y" }9 Q, D U2 }. n& | 1 + V2 P- x j8 a% C% ^
调研工作 - `- {7 Q$ W% v0 i, G' w k; [& O
$ f- r3 X# `# E) q* D; H 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: $ E4 |# m/ ^) t$ n2 g5 l0 W5 s
排水管的管壁，不能断开、变径和打孔
" W0 \; v# B) `) m 污水输送管路经常处于不满管状态 7 x) p/ C6 i% s( u
管道的水位偶尔很低，水流缓慢 / s8 q& A* T0 i
水质和流速变化较大，有回流情况
9 o' ]% A* O- t% V$ Y 水体浑浊，雨季杂质更多
W4 K) N$ O7 R% \0 J5 `8 ~' y" t 流量数据要求高，精度最好在10%以内 
1 {9 M7 _: J& G 2
% l% w4 F& f) ~! q/ e 选型分析 8 q* l) ?) J( H* W
+ U- X. ?8 c1 z# U8 N( Y" v, _ 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。  8 C$ }: W2 j% @: \3 _5 E
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。 + t9 {0 z' H( B& X+ W' L1 P
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： + T' L b- H$ E; f/ {/ T+ A+ {
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。
% N/ q6 c7 r7 K/ Q 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。
: \% n' v* R! F6 |8 M- z; b1 W6 K, X 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。 
C' l$ r A6 X, n1 x! D! V- s 实测分析 : i1 W2 ~$ B9 e9 b- D" o
1 % Z3 n/ s9 B$ l7 p; E
往复流态的测验效果 9 H- i. V; k9 a2 o
_# t8 E! k) ]" N. g3 L4 m4 {* Y 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。 % F& L0 P/ v; Y: F& U- w
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：  ' g, D3 B' f' r P8 G
用户平台采集的流速数据曲线图  " ~5 H0 d( j6 e( [8 e" r4 O
IQpipe自带客户端的流速/流量/水位数据曲线图
0 `8 H5 [. ^6 g4 t4 v* n 2 : t* l5 X2 V3 w5 i
突变流态的测验效果 8 m3 A e) M( W# Y; D7 a
9 A- [5 t1 x9 D3 c 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  ( k9 d6 t1 ?' r
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： 
5 G: i1 i* ~% W 3 8 E3 Y' L: v' i0 H9 }9 o
长期稳定性的测验效果
2 o0 F) V5 {- {0 W* \2 U( B 7 v, g. n1 Z2 |; }6 N2 k* X% ~
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: 
3 ?7 z. b: _: S7 s4 p 案例总结 & T2 D* l f8 ~. _; g& `/ K! i- t
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 C4 F: s- U3 e* G6 [
在城市排水管网测流项目中，繁多的流量计，为何选择IQpipe呢？ , t; i3 H( g( P4 U' l
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。
- X5 A+ D) [9 Q j0 [! { 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。
: G: l8 i* Y# ?" [0 o. j- } 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。 / ^ y5 j2 M3 r5 q. v A! E" W
注：深度数据精度直接影响流量数据里截面积的精度。
0 b. G3 h# F, ]; M" t$ i x9 E/ K9 b 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。 . B# ]3 `- T2 ^6 W3 K
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。 * f- {0 @, `( f/ O/ v7 z
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。 % Q" d x1 Q6 t x0 _4 y* v$ j
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。
4 y; S' q, ^ q5 w& V& m3 f 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。
: V T. v8 w5 f( o% T0 \) z5 A( { 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。
4 y" ~' C6 X- N7 [0 u! X( W 参考文献 / P& F- h. ^, C8 U' }' o
[1] SL247-2012水文资料整编规范[S]．北京：中国水利水电出版社,2012．
$ s8 _$ G% n$ \, l; c! }. x [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. 
4 E" u2 P; a" D3 B( T' G q$ |) i1 ?, e/ y p6 z
T2 Q/ e8 x. H. w# ?6 a# f3 Y4 v! X3 M" S6 X3 U! N
& a3 B: ]0 T% t4 d! l9 m3 Y. k6 k
| 
