一、排水管網(wǎng)流量在線監(jiān)測的目的和意義

排水管網(wǎng)分為雨水管網(wǎng)和污水管網(wǎng)。無論雨水管網(wǎng)或是污水管網(wǎng)，對其流量進(jìn)行在線監(jiān)測具有重要意義，下面分開來論述

1、  雨水管網(wǎng)流量在線監(jiān)測的目的和意義

簡單的說，監(jiān)測雨水流量的目的是為了防治城市內(nèi)澇和污染物入河，具體來說有以下三個(gè)場景：1）是為了防止污水通過雨水管網(wǎng)排入地表水。為了防止水污染而進(jìn)行的雨水流量監(jiān)測的典型場景包括。在分流制管道中，晴天檢測到雨水管網(wǎng)中有流量，可以有污水通過排口入河的報(bào)警。在對于合流制管網(wǎng)，監(jiān)測溢流口流量能量化排入河道的污染負(fù)荷?？捎|發(fā)調(diào)蓄池或就地處理設(shè)施 2）是為了內(nèi)澇實(shí)時(shí)預(yù)警與調(diào)度，通過在易澇點(diǎn)、關(guān)鍵交匯井安裝流量/液位計(jì)，系統(tǒng)能在水位暴漲時(shí)自動報(bào)警。調(diào)度中心可據(jù)此遠(yuǎn)程開啟雨水泵站、通知搶險(xiǎn)隊(duì)，爭取黃金處置時(shí)間。3）是為了識別雨水管網(wǎng)的淤積和堵點(diǎn)，指導(dǎo)精準(zhǔn)清淤和管渠改造。在管網(wǎng)上下游對雨水流量進(jìn)行在線監(jiān)測，如果上游流量不大但下游持續(xù)高水位，說明存在管道瓶頸、淤堵或閘門故障。

  2、污水管網(wǎng)流量在線監(jiān)測的目的和意義

簡而言之，對污水管網(wǎng)流量進(jìn)行在線監(jiān)測的目的是為了“污水管網(wǎng)體質(zhì)增效"，具體來說有以下四個(gè)場景 一）識別外水入流，在旱天深夜（居民用水低谷期），若某段污水管仍有明顯流量，說明有地下水或雨水錯接管滲入。這是中國國內(nèi)污水廠進(jìn)水濃度低的的主要原因。通過對污水流量進(jìn)行在線監(jiān)測，找出滲漏段并修復(fù)后，下游污水廠處理量可減少15%-30%，同時(shí)進(jìn)水COD濃度提升，碳源投加成本大幅下降。二）診斷管網(wǎng)淤堵與過載，維護(hù)污水管網(wǎng)暢通，在線監(jiān)測流量流量突然下降可能意味著前方堵塞（如油脂堆積、塌陷），流量持續(xù)接近滿管則說明該管段超負(fù)荷。管網(wǎng)運(yùn)維單位可以按需精準(zhǔn)疏通，降低人力物理。三）對溯源偷排與管網(wǎng)非法連接進(jìn)行報(bào)警，工業(yè)區(qū)下游監(jiān)測到夜間異常大流量或特殊水質(zhì)變化（配合水質(zhì)儀），可鎖定偷排時(shí)間窗，為環(huán)保執(zhí)法提供精準(zhǔn)證據(jù)。四）優(yōu)化污水本站與污水廠運(yùn)行，對泵站上游來水流量進(jìn)行監(jiān)測，可以動態(tài)調(diào)節(jié)水泵的啟停和轉(zhuǎn)速，避免水泵頻繁啟?；蚩辙D(zhuǎn)，起到降低能耗，延長設(shè)備壽命的作用。

二、   排水管網(wǎng)流量監(jiān)測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

1、    《入河入海排污口監(jiān)督管理技術(shù)指南 HJ1387-2024》

監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)置在入河入海排污口監(jiān)測采樣點(diǎn)處，在工業(yè)排污口、城鎮(zhèn)污水處理廠排污口、農(nóng)業(yè)排口均需安裝流量計(jì)，對排口流量進(jìn)行在線監(jiān)測。

2、     《城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)流量和液位在線監(jiān)測技術(shù)規(guī)程T/CUWA40054-2022》

要求在分流系統(tǒng)中污水干管接入主干管的管道、主干管交匯檢查井的上游井或上游管道、合流制排水系統(tǒng)或合流制和分流制并存的排水系統(tǒng)中長期保留的合流制溢流排放口或污水截流、在疑似有大量外來水進(jìn)入或水質(zhì)突變的管道區(qū)段、上游及下游、排污量較大的重點(diǎn)排水戶接市政管井井、合流污水泵站、大型住宅區(qū)接市政管井等點(diǎn)位。

三、  排水管網(wǎng)中流量在線監(jiān)測的困難和挑戰(zhàn)

1、     排水管道中流場情況復(fù)雜，存在淺流、非滿流、滿流、管道過載、低流速、逆流等各種工況，常規(guī)的電磁流量計(jì)無法適應(yīng)，排水管網(wǎng)流量計(jì)應(yīng)該能在各種工況下準(zhǔn)確測量。

2、     適應(yīng)雨水管道、污水管道均存在高濃度懸浮物、油脂、氣泡和粘性液體，排水管網(wǎng)流量計(jì)應(yīng)該能在這樣復(fù)雜的水質(zhì)中可靠工作。

3、    管網(wǎng)沒有供電條件，排水流量計(jì)需采用電池供電，要求流量計(jì)必須響應(yīng)時(shí)間短、平均功耗，以延長電池的壽命。

4、     管網(wǎng)為密閉空間，監(jiān)測設(shè)備應(yīng)防護(hù)等級應(yīng)達(dá)到IP68，流量計(jì)應(yīng)該具有耐腐蝕、耐高低溫、耐化學(xué)腐蝕的特性

4.     AL2030聲學(xué)多普勒流速流向儀的技術(shù)原理

AL2030聲學(xué)多普勒流速儀采用脈沖模式多普勒工作模式。為了檢測水流速度，一個(gè)超聲波信號被發(fā)射到水流中，并接收來自水流中懸浮顆粒返回的回波（反射），通過分析提取多普勒頻移（速度）。信號傳輸是連續(xù)的，并與回波信號的接收同時(shí)進(jìn)行。在一個(gè)測量周期內(nèi)， 發(fā)射連續(xù)信號，并測量沿波束任何位置的散射體返回的信號。這些信號被解析為平均速度，可以與適合位置的渠道流速相關(guān)聯(lián)。儀器中的接收器檢測反射信號，并使用數(shù)字信號處理技術(shù)分析這些信號。為準(zhǔn)確測量流速，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中考慮了溫度、信號強(qiáng)度和濁度等多種影響因素。由于水中聲速受到溫度的影響。儀器內(nèi)置溫度傳感器，使用測量到的溫度自動補(bǔ)償水下聲速隨溫度的這種變化。由于水下懸浮物濃度和水流脈動的變化會造成回波信號強(qiáng)度的波動，儀器內(nèi)種自動回波增益補(bǔ)償模塊VGA，確保在不同濁度的水體中都有合理的回波信號強(qiáng)度。

流速與多普勒頻移之間關(guān)系如下

式中：

1）為瞬時(shí)流速，單位m/s;

2）C為水中的聲速，單位m/s;

3）為回波頻率，單位Hz;

4）為發(fā)射頻率，單位Hz;

5）△f為頻率差，單位Hz

6）θ為聲波與水平方向的夾角，單位為°

5.     AL2030聲學(xué)多普勒流速流向儀的優(yōu)點(diǎn)

基于聲學(xué)多普勒測速原理，同時(shí)測量水體的流速、流向和瞬時(shí)流量，符合GB/T 15966-2017和GBT11828.2-2022標(biāo)準(zhǔn)的要求。采用2MHz高頻超聲換能器，利用正交調(diào)制解調(diào)算法準(zhǔn)確測試雙向流速，產(chǎn)品具有測速分辨力高、檢測下限低、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)和精度高的優(yōu)點(diǎn)。軟件中帶有中各種截面的流量計(jì)算模型。防水等級達(dá)到IP68，外殼采用耐腐蝕高分子材料,部件全部灌封。適用于雨污水管道、暗渠、灌渠、河道等場景的流速和流量在線測量。具有RS485通訊接口，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，可進(jìn)行多傳感器組網(wǎng)。容易與RTU、PLC和物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、SCADA系統(tǒng)等集成和組網(wǎng)。附送USS-Suite分析軟件，可進(jìn)行配置、校正、測量、故障診斷等操作。AL2030聲學(xué)多普勒流速流向儀具有以下適應(yīng)排水管網(wǎng)流量監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)：

•        同時(shí)檢測流速、流向和瞬時(shí)流量

•        正向和逆向水流均可測量

•        自動補(bǔ)償水中的聲速變化

•        檢測下限低至0.02m/s

•        采用短脈沖驅(qū)動換能器，在＜10cm的潛水中可測量

•        響應(yīng)速度＜1秒

•        內(nèi)置管道、渠道等各種過流端面模型，自動進(jìn)行流量計(jì)算

•        環(huán)氧樹脂密封，可長期工作在不同深度和酸堿度的水中

6.     產(chǎn)品在排水管網(wǎng)在線監(jiān)測中的應(yīng)用

典型的安裝是在直徑為150至2000毫米的管道或涵洞中。傳感器應(yīng)安裝在筆直且干凈的涵洞下游端附近，以最大限度地保持非紊流條件。安裝時(shí)應(yīng)確保設(shè)備緊貼底部，以避免碎片堆積在其下方。不要求滿管，非滿管狀態(tài)下也可以測量。也要選擇水流平穩(wěn)的地方安裝，安裝位置的上游要有管道內(nèi)徑10倍的直渠道，下游要有管道內(nèi)徑5倍的直渠道。要選擇水流平穩(wěn)的地方安裝，水流不平穩(wěn)的地方，測量不穩(wěn)定，誤差會很大。要考慮管道內(nèi)沉積物和淤泥的情況，如果有淤泥，傳感器要避開淤泥。對于上游來的垃圾或者漂浮物，要在上游渠道上做格柵來過濾，格柵距離傳感器要有管道內(nèi)徑10倍以上距離。使用四顆M3*6螺絲將支架與流速儀連接，用焊接或者水泥等方式將支架固定在管道底部，傳感器的安裝面需要平整，如果安裝后俯仰角不是12°，需要在上位機(jī)軟件設(shè)置安裝后實(shí)際的換能器俯仰角，；

AL2030聲學(xué)多普勒流速流向儀基于速度面積法計(jì)算瞬時(shí)流量

Q=A×V_m                             （公式3.5）

式中：V_m為瞬時(shí)面流速，單位為m/S，V_m為瞬時(shí)面流速=k* V；A為過流面積，單位為㎡，有圓形、梯形、矩形三種明渠截面，在上位機(jī)軟件中設(shè)置圓形管道的端面參數(shù)，軟件會自動計(jì)算過流面積