前言

近二十年來，我（wǒ）國正經曆著一場速度迅猛、規模宏大的城（chéng）鎮化進程，截至2020年我國（guó）城鎮化率已達63.89%。城鎮（zhèn）經濟（jì）的快速發展伴隨著人口密度大幅（fú）上（shàng）升，民生的排水（shuǐ）問題逐漸（jiàn）成為影響城市良性發展的因素之一。

在二零二一年底，北方某城市汙水處理廠就（jiù）麵臨著一個汙水管道測（cè）流的難題，他們對汙水提升泵站長（zhǎng）距離輸送的流量非常關注，但曆經兩次不同測流產品的試用，都未能得到可靠的實時流量（liàng）數據。為此，二零二二年二月份水廠開啟了第三次設備嚐試，引（yǐn）進了美國 SonTek 公（gōng）司管道式聲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，進行長期的考核測驗。

曆經長達一年的數據證明，第三次（cì）的設備（bèi）選型與測驗結果獲得認可與肯定。IQ Pipe較好地（dì）滿足用戶測流（liú）需求，有效地為汙水處理廠區域內排放量的監督、處理量的預測以及水資源調度等（děng），提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測定。產品最大的特點是不論規則渠道（dào）、非規則河道，滿管或非滿管的管道，均可在（zài）0.08至5米水深範圍中提供可（kě）靠的（de）高質量流量信息。

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

· 環境選址與組架（jià）設計（jì）

成效：測流點位於泵站粗格（gé）柵之後和集成商設計的 U 型安裝（zhuāng）支架發揮了很大作用，最大化降（jiàng）低了設備維護工作量；

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

成效：相比其它原理抗氣候/磁（cí）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（shí）時流速（sù）剖析，滿足滿管和（hé）非滿管狀態的管道測流需求；

· IQ Pipe 測流模式：水（shuǐ）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（shí）時測流方式，置信度更高；SmartPulseHD 技術保障環境適應（yīng）性，特（tè）別（bié）適用於管（guǎn）道內常見的水流（liú）速不均（jun1）、絮流、回流、弱流等情況。一台 IQ Pipe 等於多台其（qí）它測流儀且性（xìng）能突出；

· IQ Pipe 的截麵積測驗：內置雙（shuāng）水位的（de）測深設計

成效：不同原理雙水位的水深數據可同（tóng）時輸出，工作時相互作用，不受水體雜質多或氣壓（yā）波動的測深影響。保障了水位數（shù）據更精確，流（liú）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（duì）管道流量（liàng）的算法

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

背景

北方某（mǒu）城市汙（wū）水提升泵站擔負著某所大學（xué）及周邊小（xiǎo）區的汙水輸送任務。汙水處理廠的管理者們非常關（guān）注該（gāi）泵站的流量數（shù）據（jù），曾先後（hòu）采用（yòng）了電磁流量（liàng）計和連續式聲學多（duō）普勒測流儀，以便實時監測管道內（nèi）的汙水流量，但使用後的數據不太（tài）理想，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（dù）研討，並多次趕赴現（xiàn）場實況勘察，進行相關工作。

1、調研

汙水提升泵站的輸送水體主要為居民生（shēng）活汙水和（hé）雨水，管道長（zhǎng）度約（yuē）5.6公裏，管道直徑1.8米，管道的材（cái）質為不鏽鋼。我們經過實況（kuàng）勘察和調研，記錄了（le）現場（chǎng）測流存在主要特點:

●排水（shuǐ）管的管壁，不能斷開、變徑和打孔

●汙水輸送管路經（jīng）常處於不滿管狀態

●管（guǎn）道（dào）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

●水體渾濁，雨季雜（zá）質更多

●流量數據（jù）要求高（gāo），精度（dù）最好在10%以內

2、項目複盤

經過調（diào）研總結，結合我們與設計院技術負責人多次會議交流（liú）、水廠工作人員的深入溝通，複盤現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原理，法蘭固定，斷（duàn）管安裝。適用於滿管帶壓的流量測驗，易被磁場環境幹擾。因為現場管道（dào）不允許（xǔ）斷開和做變徑處理，選址的水量經常達不到滿管的（de）狀態，電磁（cí）流量計仍然按照水流充滿管的麵積計算流量，導致了極大誤差。

連續式聲學多普勒流量計

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

該原理的（de）設備采用發射聲波和接收聲波信號分置方式，雖然有兩個換能（néng）器窗口，大部分隻是測量的單條聲波上的測流數據。水體中連續不間斷的聲波信號群之間會產生很大的（de）背景噪音（yīn），直接影響正常信號的采集分析，導致流速的誤（wù）差大、辨識度很低。雖然開發者會采（cǎi）取算法或程（chéng）序上的補償，但也僅僅是降低了部分幹擾，在緩（huǎn）慢水（shuǐ）流、回水條件和（hé）雙向流態等環境中分（fèn）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（kuàng）以及偶爾的回（huí）水現象，當時設備的誤差顯（xiǎn）著（zhe）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（diàn）波、聲波（bō）或雷達測流儀，是一種測量局部水麵的流速為“指標流速”。該方法的優（yōu）點是水麵以上安裝，相對易維護；缺點是（shì）這種水麵流速的（de）代表性比剖麵（miàn）流速麵積法（fǎ）的要差很（hěn）多，易受環境氣候影（yǐng）響（xiǎng）。如下（xià）圖所（suǒ）示：用表麵（miàn）局部流速強行表（biǎo）征水體平均流速，類似在流場無規律的汙水管道裏僅僅測了一個“點”，即使在該點流（liú）速做好（hǎo）率定關係，但流（liú）態（tài）隨時發（fā）生變化，其（qí）誤差不言而喻。

非（fēi）接觸式水位-流量計

水位流量關係法產品是水文行業早期的一種（zhǒng）測流方式（shì）。工作原理（lǐ）是實時監測水（shuǐ）位，通過水位和流（liú）量的曲線關係（xì）最終計算流量。該方法的優點是水麵以上安裝（zhuāng），在具備堰槽的情況下數據可靠，成本低且（qiě）易（yì）維護（hù）；缺點是相比流（liú）速麵積法誤差大，尤（yóu）其在流速突變的情況，同時假如不具備標準堰（yàn）槽的條件下，不（bú）同環境中安裝使用（yòng）都需要大量的的率定工作（zuò），才能建立最佳的水位流量關（guān）係曲線，耗時耗力。

3、選型分析

城市排汙管網測（cè）流產品的選型（xíng）時，滿（mǎn）管優先選擇電磁流（liú）量計。但在（zài）非滿管條件下，往往會涉及到複（fù）雜的水體組份，管道（dào）材質的差異、液位（wèi）變化的（de）頻次（cì）、市場繁多（duō）測流品牌以及價格、維護成（chéng）本等考慮因素，讓業主很難（nán）做出最佳的選擇。

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

針對這（zhè）種情（qíng）況，賽（sài）萊默做（zuò）出的推薦是聲學（xué）多普勒剖麵測流技術，尤其是在非滿管的管道測流情況，用戶仍非（fēi）常（cháng）關注流量數據準確（què）性的時候，理由如下：

●從技術角度（dù）出發，聲學（xué）多普（pǔ）勒剖麵測流的是水（shuǐ）下多流層剖析，早已是公認的最（zuì）為成（chéng）熟的測流手段之一。除了滿管狀態下（xià）應用的電磁流（liú）量計，聲（shēng）學多普勒剖麵測流儀相比較其它原理的測流儀而（ér）言，它的測量結果更具真實性和代表性，在很多行業和領域可以視為其它測流儀的溯源數據。

●從實用角（jiǎo）度出發，聲學多普勒流（liú）速剖麵儀作為（wéi）當前流行的（de）一種測流產品（pǐn）（業內稱為“ADCP”），安裝簡便，日常運行成本（běn）低。它是通過水下換能器發（fā）射脈衝（chōng）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、斷麵麵積以及累計流量等水流信息。

考慮到項目（mù）現場（chǎng）長期處於非滿管，我們根據綜上情況最終向（xiàng）用戶推薦 SonTek IQ 係列的底座式多普勒（lè）剖麵流量（liàng）計。同時，我們明確告知 IQ 設備不（bú）具備防爆功能；並且如果水中漂浮（fú）物或泥沙含（hán）量過大，潛在定期（qī）維護量也會增加（jiā），用戶表示理解與（yǔ）支持。

IQ Pipe 流量（liàng）儀（yí）介紹

1、概述

IQ Pipe 是一（yī）款高性價比的管道型測流產品，采用成熟的（de）脈衝式聲學多普勒剖麵（miàn）測流原理，核心技術是 SonTek 前沿的智能（néng）脈衝技術（SmartPulseHD），產品擁有五束聲波換能器：四（sì）束測流、一束（shù）專門測深。

SonTek-IQ Pipe 可適用（yòng）於明渠、管道或涵洞等工業和農業中流量的測定。產品最大的（de）特點是不論規則渠道、非規則河道，滿管或非滿管（guǎn）的管道，均可在0.08至5米水（shuǐ）深（shēn）範圍中提供可靠的高質量流量信息。

2、性能

· 聲學脈衝多普（pǔ）勒剖麵測流原理；剖麵數量可高達100個

· 聲波頻率（lǜ）高頻（pín）達 3Mkz；注釋：相同（tóng）條件下，聲波頻率越（yuè）高，分（fèn）辨率越高

· 五束的聲波換能器；多角度、多流層（céng）、多垂線監測管道水流

· SonTek 技術的 SmartPulseHD 智能脈衝功能

· 雙（shuāng）水位測深係統：垂直波束和壓力傳感器同時輸出（chū）水（shuǐ）位

· 可（kě）以測量滿管以及非（fēi）滿管狀態（tài）下的管道流態

· 運行功耗小於1w，適用於野外無市電的場所（suǒ）

· 無（wú）需顯示器（qì），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（zhǐ）

選址一直都是測流非常重要的環節，決（jué）策（cè）結果因實況不同而異。我們在管道（dào）測流選址時，需要參考事宜（實際應不限於列舉內（nèi）容）：

· 方便提供市電的情況下，首選市（shì）電

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

· 水流盡可能平穩地方，建議距離能引起水流（liú）變化的環節（如彎道或出入口（kǒu）等）有（yǒu）5-10倍管（guǎn）道直徑的長（zhǎng）度

· 管道外形幾何（圓形/橢圓形）盡可能規則的位（wèi）置

· 漂浮物和易沉積物盡可（kě）能（néng）少的（de）位（wèi）置

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

4、安裝

5、調試

6、維護

SonTek-IQ 具有防止受到水中生物沾汙的性能，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（yùn）行，無需的太多維護作業。然而（ér），在城市排水（shuǐ）管網水體流量（liàng）監測領域裏，漂浮（fú）物和泥沙含量較大是一個顯著的問題，兩（liǎng）種（zhǒng）情況的維護量（liàng）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（yuán）形結構，這種安裝位置和外殼設計本身可（kě）以起到避免水體中懸（xuán）浮（fú）物掛壁的作用（yòng）。需注意當水流緩慢且懸浮（fú）物很高的場所（suǒ），維護量會大幅增加，這就需要設計過濾或自動清洗裝置，也可以采（cǎi）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（de）水體，管道底部就會充滿泥（ní）沙。這種情況會大大增（zēng）加管道清（qīng）洗作業，也（yě）會增加設備的維護量，可采取的（de）有效措施是適當增（zēng）加設備的安裝（zhuāng）高度。

實測分析

1、往（wǎng）複流態的測驗效果

2022年2月（yuè）25日調（diào）試設（shè）備時（shí），管網水流（liú）狀態（tài）非常不穩定，提升泵並沒有正常開啟。水流處於受上遊原水水力影響，呈現往複流態。IQ Pipe 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（jì）水量緩慢上升（shēng）。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型，隻（zhī）需改變 CAD 模型，重新調整和設置參數（shù）即可。

2、突變流態的測驗效（xiào）果

2023年6月7號14時（shí）左右大雨引起了流量突變，雨停後流量又回到（dào）原初。IQ Pipe 記錄了過程（chéng）的數據，瞬時流（liú）量從0.2018m/s上升到約0.3m/s，雨停後很快恢複到0.22m/s附近。如下圖表

2023年4月19號～4月30號期間，因為現場的提升泵進行幾（jǐ）次停水維（wéi）護作業，管（guǎn）道的瞬時流（liú）量快速降低為0，啟動泵後又恢複正常的幾個時間。IQ Pipe 記（jì）錄了（le）泵（bèng）站幾次（cì）維護的（de）流量突變情況，如下藍色▲標記：

3、長期穩定性（xìng）的測驗效果

IQ Pipe 在現場運行已經有一年三個月（yuè）的曆史，初期調試數據（jù）和正常（cháng）維護工作除外，設備持續穩定為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（jù）表示例:

案（àn）例總結

如何快速獲（huò）取真實可靠的（de）流量數據，對水資源管理（lǐ）者們準確掌握排水管網的（de）排放總量，對城市水資源的合理調度、汙水排放的有效（xiào）監管有著非凡的意義。在城市排（pái）水管網（wǎng）測流項目中（zhōng），繁（fán）多的流量計，為何選擇（zé） IQ Pipe 呢？

產品（pǐn）集多功（gōng）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。

產品自帶內存和 CUP 處理係統，無需二次儀表獨立運行，占用空間少、易安裝、功耗低（dī）。

產品（pǐn）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障在任何水體中，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（jīng）度。

產品工作在水下，比非接觸式的流速儀更（gèng）具有代（dài）表意義。以多角度、多流層（céng）的方式，實時剖（pōu）析四束垂向的水流信息（xī），最終匯算成流量數據。一台（tái） IQ Pipe 的測流代表性相（xiàng）當（dāng）於多台其它測流儀。

IQ Pipe 的技術核（hé）心是采用了（le）高頻 3 MHz 的 SonTek 智能脈衝技術，噪音低、分辨率高（gāo），水（shuǐ）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。

產品是針對管道（dào）測流專門設計（jì）的一款（kuǎn） ADCP 流量計（jì），內置科學（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（de）適應性。

產品（pǐn）可以實現滿管、非滿管狀態的管道實時測流。從本案例（lì）也印證（zhèng）了無論管網處（chù）在豐水或枯水，甚至回水情（qíng）況時，IQ Pipe 設（shè）備都能清晰為用戶提供（gòng）實時可靠測流數據（jù）。

當然，任（rèn）何水下設備都有一個共同的課題：當設備處在懸（xuán）浮物、漂（piāo）浮物和沉積物冗多的（de）水中，清理雜物的維護工作頻率會很高。如（rú）果水資源管理者們仍需準確的流量數（shù）據，則需（xū）提前解決或規避雜物的幹擾。方式不局限如下：要考慮合理的選址，靈活地（dì）設計支架、過（guò）濾裝置或反衝（chōng）洗係統。如本次案例中，生活汙水的流量（liàng）監測維護頻率（lǜ）可以達到一個月以上，這與選址和現場設計密不可分。注（zhù）：項（xiàng）目（mù）的選址是在汙水提升泵（bèng）之後（hòu），提升泵前端的生活汙（wū）水經過了一步攔汙粗格柵的過濾，並（bìng）且現場（chǎng）靈活設計（jì）了 U 型支架安（ān）裝，這兩（liǎng）點都非常重要（yào）。

綜上，IQ Pipe 產品的性能可靠、數據準確、抗氣候（hòu）與磁場環境幹（gàn）擾的能力強，尤其測流的實時剖析能力明（míng）顯優於同類產品。產品應用在城市雨（yǔ）汙水管道測流（liú）時，如能（néng）合理的（de）解決或規避漂浮物或沉積物雜（zá）多（duō）的影響，它既能保障管網中各種水位下的高質量數據，又能達到極（jí）低的維護成本，是（shì）在這類水域下測流的最佳工具之一。

參考文獻：

[1] SL247-2012水文資料整編規範[S]．北京（jīng）：中國水（shuǐ）利水電出版社,2012．

[2] SonTek技術（shù）白皮書（shū）.XA00118. 聲學多普勒（lè）流量計類型比（bǐ）較:低成本的連續波與（yǔ）多流（liú）層脈衝波.