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近二十年來，我國正經歷著一場速度迅猛、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，北方某城市污水處理廠就面臨著一個污水管道測流的難題，他們對污水提升泵站長距離輸送的流量非常關注，但歷經兩次不同測流產品的試用，都未能得到可靠的實時流量數據。為此，二零二二年二月份水廠開啟了第三次設備嘗試，引進了美國 SonTek 公司管道式聲學多普勒剖面流量計 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。

歷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可與肯定。IQ Pipe較好地滿足用戶測流需求，有效地為污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，提供了實時準確的水量信息，其意義重大。

• 環境選址與組架設計

  成效：測流點位于泵站粗格柵之后和集成商設計的 U 型安裝支架發揮了很大作用，盡可能降低了設備維護工作量；

• IQ Pipe 工作原理：更高的聲頻 3 MHz、脈沖式的聲學多普勒流速剖析

  成效：相比其它原理抗氣候/磁場等因素干擾；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；

• IQ Pipe 測流模式：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，置信度更高；SmartPulseHD 技術保障環境適應性，特別適用于管道內常見的水流速不均、絮流、回流、弱流等情況。一臺 IQ Pipe 等于多臺其它測流儀且性能突出；

• IQ Pipe 的截面積測驗：內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，流量匯算所需的截面積數據高精度；

• IQ Pipe 流量算法：內置了 SonTek 專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。

北方某城市污水提升泵站擔負著某所大學及周邊小區的污水輸送任務。污水處理廠的管理者們非常關注該泵站的流量數據，曾先后采用了電磁流量計和連續式聲學多普勒測流儀，以便實時監測管道內的污水流量，但使用后的數據不太理想，沒有達到用戶預期需求。

因此，賽萊默加入了污水處理廠管網流量測驗的深度研討，并多次趕赴現場實況勘察，進行相關工作。

污水提升泵站的輸送水體主要為居民生活污水和雨水，管道長度約5.6公里，管道直徑1.8米，管道的材質為不銹鋼。我們經過實況勘察和調研，記錄了現場測流存在主要特點:

經過調研總結，結合我們與設計院技術負責人多次會議交流、水廠工作人員的深入溝通，復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，斷管安裝。適用于滿管帶壓的流量測驗，易被磁場環境干擾。因為現場管道不允許斷開和做變徑處理，選址的水量經常達不到滿管的狀態，電磁流量計仍然按照水流充滿管的面積計算流量，導致了極大誤差。

連續式聲學多普勒流量計

連續式聲學多普勒流量計采用的是連續式聲學多普勒原理，它們不等同于的聲學多普勒剖面流量儀。連續式多普勒不能實現 真正的“流層剖面”分析，源于它們運行原理對空間的距離信息是未知的。

該原理的設備采用發射聲波和接收聲波信號分置方式，雖然有兩個換能器窗口，大部分只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背景噪音，直接影響正常信號的采集分析，導致流速的誤差大、辨識度很低。雖然開發者會采取算法或程序上的補償，但也僅僅是降低了部分干擾，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。塘沽污水泵站管網的水情復雜，經常有低水速情況以及偶爾的回水現象，當時設備的誤差顯著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波、聲波或雷達測流儀，是一種測量局部水面的流速為“指標流速”。該方法的優點是水面以上安裝，相對易維護；缺點是這種水面流速的代表性比剖面流速面積法的要差很多，易受環境氣候影響。如下圖所示：用表面局部流速強行表征水體平均流速，類似在流場無規律的污水管道里僅僅測了一個“點”，即使在該點流速做好率定關系，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

水位流量關系法產品是水文行業早期的一種測流方式。工作原理是實時監測水位，通過水位和流量的曲線關系最終計算流量。該方法的優點是水面以上安裝，在具備堰槽的情況下數據可靠，成本低且易維護；缺點是相比流速面積法誤差大，尤其在流速突變的情況，同時假如不具備標準堰槽的條件下，不同環境中安裝使用都需要大量的的率定工作，才能建立最佳的水位流量關系曲線，耗時耗力。

城市排污管網測流產品的選型時，滿管優先選擇電磁流量計。但在非滿管條件下，往往會涉及到復雜的水體組份，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格、維護成本等考慮因素，讓業主很難做出最佳的選擇。

市場上不同測流產品良莠不齊，不同產品之間進行同步比測，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。

針對這種情況，賽萊默做出的推薦是聲學多普勒剖面測流技術，尤其是在非滿管的管道測流情況，用戶仍非常關注流量數據準確性的時候，理由如下：

• 從技術角度出發，聲學多普勒剖面測流的是水下多流層剖析，早已是較為成熟的測流手段之一。除了滿管狀態下應用的電磁流量計，聲學多普勒剖面測流儀相比較其它原理的測流儀而言，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。

• 從實用角度出發，聲學多普勒流速剖面儀作為當前流行的一種測流產品（業內稱為“ADCP”），安裝簡便，日常運行成本低。它是通過水下換能器發射脈沖式聲波，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、斷面面積以及累計流量等水流信息。

考慮到項目現場長期處于非滿管，我們根據綜上情況最終向用戶推薦 SonTek IQ 系列的底座式多普勒剖面流量計。同時，我們明確告知 IQ 設備不具備防爆功能；并且如果水中漂浮物或泥沙含量過大，潛在定期維護量也會增加，用戶表示理解與支持。

IQ Pipe 是一款高性價比的管道型測流產品，采用成熟的脈沖式聲學多普勒剖面測流原理，核心技術是 SonTek 前沿的智能脈沖技術（SmartPulseHD），產品擁有五束聲波換能器：四束測流、一束專門測深。

• 聲學脈沖多普勒剖面測流原理；剖面數量可高達100個

• 聲波頻率高頻達 3Mkz；注釋：相同條件下，聲波頻率越高，分辨率越高

• 五束的聲波換能器；多角度、多流層、多垂線監測管道水流

• SonTek 技術的 SmartPulseHD 智能脈沖功能

• 雙水位測深系統：垂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流態

• 運行功耗小于1w，適用于野外無市電的場所

• 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

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

該項目中最終安裝架設計如下：

1) 參數設置（設備檢查-安裝位置-管道形狀-水流閾值等）

SonTek-IQ 具有防止受到水中生物沾污的性能，即便換能器上生長了一些生物或較淺泥沙覆蓋，仍然能夠有效地運行，無需的太多維護作業。然而，在城市排水管網水體流量監測領域里，漂浮物和泥沙含量較大是一個顯著的問題，兩種情況的維護量特說明如下：

2022年2月25日調試設備時，管網水流狀態非常不穩定，提升泵并沒有正常開啟。水流處于受上游原水水力影響，呈現往復流態。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，累計水量緩慢上升。如下圖標：可以制造任意復雜形狀的三維實體，若要生產不同形狀的零件模型，只需改變 CAD 模型，重新調整和設置參數即可。

2023年6月7號14時左右大雨引起了流量突變，雨停后流量又回到原初。IQ Pipe 記錄了過程的數據，瞬時流量從0.2018m/s上升到約0.3m/s，雨停后很快恢復到0.22m/s附近。如下圖表

IQ Pipe 在現場運行已經有一年三個月的歷史，初期調試數據和正常維護工作除外，設備持續穩定為污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:

如何快速獲取真實可靠的流量數據，對水資源管理者們準確掌握排水管網的排放總量，對城市水資源的合理調度、污水排放的有效監管有著非凡的意義。在城市排水管網測流項目中，繁多的流量計，為何選擇 IQ Pipe 呢？

1. 產品集多功能合一，小巧、細長、扁平的外型設計，有效降低污物清理的維護量。

2. 產品自帶內存和 CUP 處理系統，無需二次儀表獨立運行，占用空間少、易安裝、功耗低。

3. 產品具備兩種不同原理的雙水位測深系統，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里截面積的精度。

4. 產品工作在水下，比非接觸式的流速儀更具有代表意義。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。一臺 IQ Pipe 的測流代表性相當于多臺其它測流儀。

5. IQ Pipe 的技術核心是采用了高頻 3 MHz 的 SonTek 智能脈沖技術，噪音低、分辨率高，水流環境自適應并且抗氣候因素和磁場干擾能力強，滿足用戶對數據精度的高需求。

6. 產品是針對管道測流專門設計的一款 ADCP 流量計，內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. 產品可以實現滿管、非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豐水或枯水，甚至回水情況時，IQ Pipe 設備都能清晰為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，則需提前解決或規避雜物的干擾。方式不局限如下：要考慮合理的選址，靈活地設計支架、過濾裝置或反沖洗系統。如本次案例中，生活污水的流量監測維護頻率可以達到一個月以上，這與選址和現場設計密不可分。注：項目的選址是在污水提升泵之后，提升泵前端的生活污水經過了一步攔污粗格柵的過濾，并且現場靈活設計了 U 型支架安裝，這兩點都非常重要。

綜上，IQ Pipe 產品的性能可靠、數據準確、抗氣候與磁場環境干擾的能力強，尤其測流的實時剖析能力明顯優于同類產品。產品應用在城市雨污水管道測流時，如能合理的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。