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（chéng）鎮化率已達63.89%。城鎮經濟的快（kuài）速發展伴隨著人口密度大幅（fú）上升，民生的（de）排水（shuǐ）問題逐漸成為影響（xiǎng）城（chéng）市良性發展的因素之一。

在（zài）二零二一年底，北方某城市汙水處理廠就麵臨著一個汙水管道測流的難題，他們對汙水提（tí）升泵站長距離輸（shū）送的流量非常關注，但曆經兩次不同測流產品的試（shì）用，都未能得到（dào）可靠（kào）的實時流量數據。為此，二零二二年二月（yuè）份水廠開啟了第三次設備嚐試（shì），引進了美國 SonTek 公（gōng）司管道式聲（shēng）學多普勒剖麵流量計 IQ Pipe，安裝在一泵站出水約20米的位置，進行長期的考核測（cè）驗。

曆經長達一年的數據證明，第三次的設備選型與測驗結果獲得認（rèn）可與肯定。IQ Pipe較好地滿足用戶測流需求，有效地為汙水處（chù）理廠區域內排放量（liàng）的監督、處理量的預測以及水（shuǐ）資源調度等，提（tí）供了實時準確的水量信息，其意義重大。

SonTek-IQ Pipe 可適用於明渠、管道或涵洞等工業和農業中流量的（de）測定。產品最（zuì）大（dà）的特點是不論規則渠道（dào）、非規（guī）則河（hé）道，滿管或非滿（mǎn）管的管道（dào），均可在0.08至5米水深範圍中提供可靠的高質量流量信息。

在本次測驗中（zhōng），采用的（de） IQ Pipe 流量儀能夠（gòu）提供高質量的水（shuǐ）流數據保障，得益以下幾個方麵的原因：

· 環境選址與（yǔ）組架設計

成效：測流點位於泵站粗格柵之後和集成商設計（jì）的 U 型安裝支架發揮了（le）很大作用，最大化（huà）降（jiàng）低了設備維護工作（zuò）量；

· IQ Pipe 工作原理：更高的聲（shēng）頻 3 MHz、脈衝式的聲學多普勒流速剖析

成效：相（xiàng）比其它原理（lǐ）抗氣候/磁場等因（yīn）素（sù）幹擾；提供高（gāo）分辨率、高精確度、多流層、三維矢量的實時流速剖析，滿（mǎn）足滿管和（hé）非滿管狀態的管道測流需求；

· IQ Pipe 測（cè）流模式：水下四波束同時仰視測流，SmartPulseHD 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（gèng）高；SmartPulseHD 技術（shù）保障環境適應性（xìng），特別適用於管道內常見的水流速不均、絮流、回（huí）流、弱流等情況。一台 IQ Pipe 等於多台其它測流儀且性能突出；

· IQ Pipe 的截麵積測驗：內置雙水位的測深設計

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

· IQ Pipe 流量算法：內置了 SonTek 專門針對管（guǎn）道流量的算法

成（chéng）效：簡單的設（shè）置，就能（néng）得到（dào）準確的流量數據；而（ér）且特殊環境或更高數據（jù）要求支持率定分析。

背景

北方某城市汙水提升泵（bèng）站擔負著某所大（dà）學及周邊小區的汙水輸送任務（wù）。汙水處理廠的管（guǎn）理者們非常關注該泵站的流（liú）量數據，曾先後采用了電磁流（liú）量計和連（lián）續式聲學多普勒測流儀，以便實時監測管道內的汙水流量，但使用後的數據不太理想（xiǎng），沒有達到用戶預期需求。

因此，草莓视频黄污污污加入了汙水處理廠管網流量測驗的深度研討，並多次趕赴現場實況勘察，進（jìn）行相關工作。

1、調研

汙水提升（shēng）泵站的（de）輸送水體主要（yào）為居民生活汙水和雨水，管道長（zhǎng）度約5.6公裏（lǐ），管道直徑1.8米，管道的材（cái）質為不（bú）鏽鋼。我們經過實況勘察和調研，記（jì）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（dǎ）孔

●汙水輸送（sòng）管路經常處於不滿管狀態

●管道的水位偶爾（ěr）很低，水流緩慢

●水質和流速變化較大，有回流情況

●水體渾濁，雨季雜質更多

●流量數據要求高，精度最好在10%以（yǐ）內

2、項目複盤

經過調研總結，結合我們與設（shè）計院技術負責人多次會議交流、水（shuǐ）廠工作（zuò）人員的深入溝通，複盤現（xiàn）場前兩次施策的流量計運行情（qíng）況如下：

電磁（cí）流量計

電磁流量計是電磁（cí）感應原理，法蘭固定，斷管安裝。適（shì）用於滿管帶壓（yā）的流量測驗，易被磁場環境幹擾。因為現場管道不（bú）允許斷開和做變徑處理，選址的水量（liàng）經常達不到滿管的狀態，電磁流量計仍然按照（zhào）水流充滿管的麵積計算流（liú）量，導（dǎo）致了極大誤差。

連續式聲學多普勒流量計

連續式聲學多普勒流量計采用的是連續式聲學多普（pǔ）勒原理，它們不等同於的聲學（xué）多普勒剖麵流量儀。連續式多普勒不能實現 真正的“流（liú）層剖麵”分析，源於它們運行原理對空間的距離信息（xī）是未知的。

該原（yuán）理的（de）設備采用發射聲波（bō）和（hé）接（jiē）收聲波信號分置方式，雖然有兩個換能器窗口，大部分隻是測（cè）量的單條聲波上的測流數據。水體（tǐ）中連（lián）續不間斷的聲波信號群之間會（huì）產（chǎn）生很大的背景（jǐng）噪音，直接影響正常信號的采集（jí）分析，導致流速的（de）誤差（chà）大、辨識度很低。雖然開發（fā）者會（huì）采取（qǔ）算法或（huò）程序上的（de）補償，但也僅僅是降低了部分幹擾（rǎo），在緩慢水流、回水條件和雙向流態等環境中分辨率和置信度仍然很差。塘沽汙水泵站管網的水情複雜，經常有低水速情況以及偶爾（ěr）的回水（shuǐ）現象（xiàng），當時設備的誤差（chà）顯著且無（wú）法在程序匯算中得（dé）到補（bǔ）償。

非接觸式多普勒原（yuán）理（lǐ）的測流儀

常見的非接觸式多普勒（lè）測流儀分（fèn）為電波、聲波或雷達測流儀，是一種測（cè）量局部水麵的（de）流速（sù）為“指標流速”。該（gāi）方法的優點是水麵以上安裝，相對易維護；缺點是這種水麵流速的代表性比剖麵流速麵積法的要差（chà）很多，易受環（huán）境氣候影響。如下圖所示：用表麵局部流速強行表征（zhēng）水體平均流速，類似在流場（chǎng）無規律的汙水管（guǎn）道裏僅僅測了一個“點”，即使在該點流速做好率定關係，但流態隨時發生變化，其誤差不言而喻。

非接觸式水位-流量計

水位流量關係法（fǎ）產品是水文（wén）行業早期（qī）的一種測流（liú）方式。工作原理是實時監測水位，通過水位和流量的曲線關係最終計算流量。該方法的優點是水麵以上安裝，在具備堰槽的情況（kuàng）下數據可（kě）靠（kào），成本低且（qiě）易維護；缺點是相比流速麵積（jī）法誤差大，尤其在流速突變的（de）情況，同時假如不具備標準堰槽的條件下（xià），不同環境（jìng）中安（ān）裝使用都需要大量的的（de）率定工作，才能建立最佳的水位流量關係曲線，耗時耗力。

3、選型分析

城市排汙管網測流產（chǎn）品的選型時，滿（mǎn）管優先選擇電磁流量計。但在非滿管條件下，往往會涉及到複雜的水體（tǐ）組份，管道材質的差（chà）異、液位變化的頻次、市場繁多測流品牌以及（jí）價格、維護成本等考慮因（yīn）素，讓業主很難做出最佳的（de）選擇（zé）。

市場上不同（tóng）測流產品良莠不齊，不同產（chǎn）品之間進行同步比測，有時數據差（chà）別都很（hěn）大，業主甚至不清楚應該以哪組數據為準，從何處溯源數據。

針對這種情況，草莓视频黄污污污做（zuò）出的推薦是聲學多（duō）普勒剖麵測流技術，尤其是在非滿管的管道測流情況，用戶仍非常（cháng）關注（zhù）流量數（shù）據準確性的時候，理由如下：

●從（cóng）技術角度（dù）出發，聲學多普勒剖麵測流的是水下多流層剖析，早已是公認的最為成熟的（de）測流手段之一（yī）。除了滿（mǎn）管狀態下（xià）應用的電磁流量計，聲學多（duō）普勒剖麵測流儀相（xiàng）比較其它原理的測流儀而言，它的（de）測（cè）量結果更具真實性和（hé）代表性，在很多行業和領域可以視為（wéi）其它測流儀的溯源數據。

●從實用（yòng）角度出發，聲（shēng）學（xué）多普勒流速（sù）剖麵儀作為當前流行的一種測流產品（業內稱為“ADCP”），安裝簡便，日（rì）常運行成本低。它是通過（guò）水下換能（néng）器發射脈衝式聲波，可以為用戶提供具（jù）代表性的（de）瞬（shùn）時流量、平均流速、多流層流（liú）速、斷麵麵積（jī）以及累計流量等水流（liú）信息。

考慮到（dào）項目現場長期處於（yú）非滿管，我們根據綜上情況最終向用戶推（tuī）薦 SonTek IQ 係列的（de）底座（zuò）式多普勒剖麵流量計。同時，我們明確告知 IQ 設備不具備防爆功能；並且如果水中漂浮（fú）物或泥沙含量（liàng）過大，潛在定期維護量也會增加，用戶表示理解與支持。

IQ Pipe 流量（liàng）儀介紹

1、概述

IQ Pipe 是（shì）一款（kuǎn）高（gāo）性價比的管道型測流產（chǎn）品，采用成熟的脈衝式聲學（xué）多普勒剖麵測流原理（lǐ），核心技術是 SonTek 前沿的智能脈衝技術（SmartPulseHD），產品擁（yōng）有五束聲波換能器：四束測流、一束專門測（cè）深。

SonTek-IQ Pipe 可適用於明渠、管道或（huò）涵洞等工業和農業中流量的測定。產品最大的特點是不論規（guī）則渠道、非規則河道，滿管或（huò）非滿管的管道，均可在0.08至5米水深範圍中提供可靠的高質量流量信（xìn）息。

2、性能

· 聲學脈衝多普勒剖（pōu）麵測流原理；剖麵數量可高達100個

· 聲波（bō）頻率高頻達（dá） 3Mkz；注釋：相同（tóng）條（tiáo）件下，聲波頻率越高，分辨率越高

· 五束的聲波換（huàn）能器；多角度、多流層、多垂線監測管道水流

· SonTek 技（jì）術的 SmartPulseHD 智能脈衝功能

· 雙（shuāng）水位測（cè）深係統：垂（chuí）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下的管道（dào）流態（tài）

· 運行功耗小（xiǎo）於1w，適用於（yú）野外無市（shì）電的場所

· 無需顯示器，設備本身處理數據帶內存，具備數據輸出接口和協議

3、選址

選址一直都是測流非常重要的環節（jiē），決策結果（guǒ）因實況不同而異。我們在管道測流選址時（shí），需（xū）要參考事宜（實際應不限於列舉內容）：

· 方便提供（gòng）市電的情況下（xià），首（shǒu）選（xuǎn）市電

· 流量計安裝盡量避免管道形狀、方向發生（shēng）變化的位置,會影響流量精度

· 水流（liú）盡（jìn）可能平穩地方，建議距離能引起水流（liú）變化的環節（如彎道或出入口等）有5-10倍（bèi）管道直徑的長（zhǎng）度

· 管道外形幾何（圓形（xíng）/橢圓形）盡可（kě）能規則的位置

· 漂浮物和易沉積（jī）物盡可能少的（de）位置

在遵循以上要素（sù），結合管道生活汙水的（de）懸浮物多，我們測點位置定位在泵站出水約20米處，水體經攔汙粗（cū）格柵之後，實踐證明確實極大減少了日常維（wéi）護量

4、安裝

5、調試

6、維護

SonTek-IQ 具有防（fáng）止受到水中生物沾汙的性能，即便換能器（qì）上生長了一些生物或較淺（qiǎn）泥沙覆蓋，仍然能夠有效地運行，無需（xū）的太多維護作業。然而，在城市排水管網水體流量監測領域裏，漂浮物和（hé）泥沙（shā）含（hán）量較大是一個顯著的問（wèn）題，兩種（zhǒng）情況的維護量特說明如下：

1) IQ Pipe 安裝在管道底部位置，設備外型是平滑扁圓形結構，這種安裝位置（zhì）和外殼設（shè）計本身可以起到（dào）避免水體中懸浮物掛壁的作用。需注意（yì）當水流緩慢且懸浮物很高的場所（suǒ），維護量會大幅（fú）增加，這就需要設計過濾或自動清洗（xǐ）裝置，也可以采取的措施是合理選址：如在提升泵站的攔汙格柵或汙水廠進（jìn）水口的細格柵後端等。

2) 我們還需特別注意的是顆粒物雜質的淤埋情況，如果水流較小，泥沙含量特（tè）別大的水體，管道底部就（jiù）會充（chōng）滿（mǎn）泥沙。這種情況會大大增加管道清洗作業，也會增加設備的維護量，可采（cǎi）取的有效措施是適當增加設備的安裝高度。

實（shí）測（cè）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（wěn）定，提升泵（bèng）並沒有正常開啟。水流處於受（shòu）上遊原水水力影響，呈現往複流態。IQ Pipe 準確記錄（lù）了此時的水流狀態的數據，水（shuǐ）深約0.7米（mǐ），水流在±20cm/s之間波動，累計（jì）水量（liàng）緩慢上升。如下圖標：可以製造任意複雜形狀的三維實體，若要生產不同形狀的零件模（mó）型，隻需改變 CAD 模型，重新調整和設置參數即可。

2、突（tū）變流態的測（cè）驗效果

2023年（nián）6月7號14時左右大雨引（yǐn）起了流量（liàng）突變，雨停後流量又回（huí）到原初。IQ Pipe 記錄了過程的數據，瞬時流量從0.2018m/s上升到（dào）約0.3m/s，雨（yǔ）停後很快恢複到0.22m/s附近。如（rú）下圖表

2023年4月19號～4月30號期間，因為現場的提升泵進行幾次停水維護作業，管道（dào）的瞬時流量（liàng）快速（sù）降低為0，啟動泵後又恢複正常的幾個時間。IQ Pipe 記錄（lù）了泵站（zhàn）幾次維護（hù）的流量突變情況，如下（xià）藍色▲標記：

3、長（zhǎng）期穩定性的測驗效果

IQ Pipe 在現場運行已經有一年三個月的曆史，初期（qī）調試數據和正常（cháng）維護工作除（chú）外，設備持續穩（wěn）定為汙水處理廠提供可靠的流量數據。如下（xià）數據日報、月報、年報數據（jù）表示例:

案例總結

如何快速獲取真（zhēn）實可靠（kào）的流量數據，對水資源管（guǎn）理者們準（zhǔn）確（què）掌（zhǎng）握（wò）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（guǎn）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？

產品集多功能合一，小巧、細長、扁平的外型設（shè）計，有效降低汙物清理的（de）維護量（liàng）。

產（chǎn）品自帶（dài）內存和 CUP 處（chù）理係統，無需二次儀表獨立運行（háng），占用空間少、易安裝、功耗低。

產品具備兩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（bǎo）障在任（rèn）何水體中，深度的準確性。

注：深度數據精度直接影（yǐng）響流量（liàng）數據裏截麵積的精（jīng）度。

產品工作在水下，比非接（jiē）觸式的（de）流速儀更具有代表意義（yì）。以多（duō）角度、多流層的方式（shì），實時剖析（xī）四束垂向的水（shuǐ）流信息，最終匯算成流量數據。一台 IQ Pipe 的（de）測流代表（biǎo）性相當於多台其它測流儀。

IQ Pipe 的技術核心是采用了高頻 3 MHz 的 SonTek 智能脈衝技術，噪（zào）音低、分辨率高，水流環境自適應並且（qiě）抗（kàng）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。

產品是針對管道測流專門設計的一款 ADCP 流量（liàng）計，內置科學的管道測（cè）流算法，支持率定分析，對管道型測流場所有更好的適應性。

產品可以實現滿管、非（fēi）滿管狀態的管道實時測流。從本案例也印證了無論管網處在（zài）豐水或枯水，甚至回水情況時，IQ Pipe 設備都能（néng）清晰為用戶提供實時可靠測流數據。

當（dāng）然，任何水下設（shè）備都有一個共同的課題：當設備處（chù）在懸浮物、漂浮物和沉積物冗多（duō）的水中，清（qīng）理雜物的（de）維護工作頻率會很高。如果水資源管理者們仍需準確的流量數據，則需提前解決或規（guī）避雜物的幹擾。方式不局限如下：要考慮（lǜ）合理的（de）選（xuǎn）址（zhǐ），靈活地設計支架、過濾裝置或反衝（chōng）洗係統。如本次案例中，生活汙水的流量監測維護頻（pín）率可以達到一個月以上，這與選址和現場設計密不可分。注：項目（mù）的選址是在汙水提升泵（bèng）之後，提升（shēng）泵（bèng）前端的生活汙水經過了一步攔汙粗格柵的過（guò）濾，並且現場靈活（huó）設計了 U 型（xíng）支（zhī）架安裝，這兩點都（dōu）非（fēi）常重要。

綜上，IQ Pipe 產品的性能可靠（kào）、數據準確、抗氣候與磁場環境（jìng）幹擾的能力強，尤其測流的實時（shí）剖析能力明顯優於同（tóng）類產品。產品應（yīng）用在城市雨汙水（shuǐ）管道測流時，如能合理的（de）解決或規避漂浮物或沉積物雜多的影響，它既能保障管網中各種（zhǒng）水位下的（de）高質量數據，又能達（dá）到極低（dī）的維護成本，是在這類水域下測流的最佳工（gōng）具之一。

參考文獻（xiàn）：

[1] SL247-2012水文資料（liào）整編規範[S]．北京：中國水利水電（diàn）出版社,2012．

[2] SonTek技術白皮書.XA00118. 聲（shēng）學（xué）多普勒流量計類型比較:低成本（běn）的連續波（bō）與多（duō）流層脈衝波.