近二十年來，我國(guó)正經(jīng)歷著一場(chǎng)速度迅猛、規(guī)模宏大的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，截至2020年我國(guó)城鎮(zhèn)化率已達(dá)63.89%。城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)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(fā)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(gè)污水管道測(cè)流的難題，他們對(duì)污水提升泵站長(zhǎng)距離輸送的流量非常關(guān)注，但歷經(jīng)兩次不同測(cè)流產(chǎn)品的試用，都未能得到可靠的實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)。為此，二零二二年二月份水廠開啟了第三次設(shè)備嘗試，引進(jìn)了美國(guó) SonTek 公司管道式聲學(xué)多普勒剖面流量計(jì) IQ Pipe，安裝在一泵站出水約20米的位置，進(jìn)行長(zhǎng)期的考核測(cè)驗(yàn)。

歷經(jīng)長(zhǎng)達(dá)一年的數(shù)據(jù)證明，第三次的設(shè)備選型與測(cè)驗(yàn)結(jié)果獲得認(rèn)可與肯定。IQ Pipe較好地滿足用戶測(cè)流需求，有效地為污水處理廠區(qū)域內(nèi)排放量的監(jiān)督、處理量的預(yù)測(cè)以及水資源調(diào)度等，提供了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的水量信息，其意義重大。

• 環(huán)境選址與組架設(shè)計(jì)

  成效：測(cè)流點(diǎn)位于泵站粗格柵之后和集成商設(shè)計(jì)的 U 型安裝支架發(fā)揮了很大作用，盡可能降低了設(shè)備維護(hù)工作量；

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

  成效：相比其它原理抗氣候/磁場(chǎng)等因素干擾；提供高分辨率、高精確度、多流層、三維矢量的實(shí)時(shí)流速剖析，滿足滿管和非滿管狀態(tài)的管道測(cè)流需求；

• IQ Pipe 測(cè)流模式：水下四波束同時(shí)仰視測(cè)流，SmartPulseHD 技術(shù)

  成效：以更多角度和垂線方向的實(shí)時(shí)測(cè)流方式，置信度更高；SmartPulseHD 技術(shù)保障環(huán)境適應(yīng)性，特別適用于管道內(nèi)常見的水流速不均、絮流、回流、弱流等情況。一臺(tái) IQ Pipe 等于多臺(tái)其它測(cè)流儀且性能突出；

• IQ Pipe 的截面積測(cè)驗(yàn)：內(nèi)置雙水位的測(cè)深設(shè)計(jì)

  成效：不同原理雙水位的水深數(shù)據(jù)可同時(shí)輸出，工作時(shí)相互作用，不受水體雜質(zhì)多或氣壓波動(dòng)的測(cè)深影響。保障了水位數(shù)據(jù)更精確，流量匯算所需的截面積數(shù)據(jù)高精度；

• IQ Pipe 流量算法：內(nèi)置了 SonTek 專門針對(duì)管道流量的算法

  成效：簡(jiǎn)單的設(shè)置，就能得到準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)；而且特殊環(huán)境或更高數(shù)據(jù)要求支持率定分析。

北方某城市污水提升泵站擔(dān)負(fù)著某所大學(xué)及周邊小區(qū)的污水輸送任務(wù)。污水處理廠的管理者們非常關(guān)注該泵站的流量數(shù)據(jù)，曾先后采用了電磁流量計(jì)和連續(xù)式聲學(xué)多普勒測(cè)流儀，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)的污水流量，但使用后的數(shù)據(jù)不太理想，沒有達(dá)到用戶預(yù)期需求。

因此，賽萊默加入了污水處理廠管網(wǎng)流量測(cè)驗(yàn)的深度研討，并多次趕赴現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況勘察，進(jìn)行相關(guān)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(zhǎng)度約5.6公里，管道直徑1.8米，管道的材質(zhì)為不銹鋼。我們經(jīng)過實(shí)況勘察和調(diào)研，記錄了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)流存在主要特點(diǎn):

經(jīng)過調(diào)研總結(jié)，結(jié)合我們與設(shè)計(jì)院技術(shù)負(fù)責(zé)人多次會(huì)議交流、水廠工作人員的深入溝通，復(fù)盤現(xiàn)場(chǎng)前兩次施策的流量計(jì)運(yùn)行情況如下：

電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是電磁感應(yīng)原理，法蘭固定，斷管安裝。適用于滿管帶壓的流量測(cè)驗(yàn)，易被磁場(chǎng)環(huán)境干擾。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)管道不允許斷開和做變徑處理，選址的水量經(jīng)常達(dá)不到滿管的狀態(tài)，電磁流量計(jì)仍然按照水流充滿管的面積計(jì)算流量，導(dǎo)致了極大誤差。

連續(xù)式聲學(xué)多普勒流量計(jì)

連續(xù)式聲學(xué)多普勒流量計(jì)采用的是連續(xù)式聲學(xué)多普勒原理，它們不等同于的聲學(xué)多普勒剖面流量?jī)x。連續(xù)式多普勒不能實(shí)現(xiàn) 真正的“流層剖面”分析，源于它們運(yùn)行原理對(duì)空間的距離信息是未知的。

該原理的設(shè)備采用發(fā)射聲波和接收聲波信號(hào)分置方式，雖然有兩個(gè)換能器窗口，大部分只是測(cè)量的單條聲波上的測(cè)流數(shù)據(jù)。水體中連續(xù)不間斷的聲波信號(hào)群之間會(huì)產(chǎn)生很大的背景噪音，直接影響正常信號(hào)的采集分析，導(dǎo)致流速的誤差大、辨識(shí)度很低。雖然開發(fā)者會(huì)采取算法或程序上的補(bǔ)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(tài)等環(huán)境中分辨率和置信度仍然很差。塘沽污水泵站管網(wǎng)的水情復(fù)雜，經(jīng)常有低水速情況以及偶爾的回水現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)設(shè)備的誤差顯著且無法在程序匯算中得到補(bǔ)償。

非接觸式多普勒原理的測(cè)流儀

常見的非接觸式多普勒測(cè)流儀分為電波、聲波或雷達(dá)測(cè)流儀，是一種測(cè)量局部水面的流速為“指標(biāo)流速”。該方法的優(yōu)點(diǎn)是水面以上安裝，相對(duì)易維護(hù)；缺點(diǎn)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(huán)境氣候影響。如下圖所示：用表面局部流速?gòu)?qiáng)行表征水體平均流速，類似在流場(chǎng)無規(guī)律的污水管道里僅僅測(cè)了一個(gè)“點(diǎn)”，即使在該點(diǎn)流速做好率定關(guān)系，但流態(tài)隨時(shí)發(fā)生變化，其誤差不言而喻。

非接觸式水位-流量計(jì)

水位流量關(guān)系法產(chǎn)品是水文行業(yè)早期的一種測(cè)流方式。工作原理是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位，通過水位和流量的曲線關(guān)系最終計(jì)算流量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是水面以上安裝，在具備堰槽的情況下數(shù)據(jù)可靠，成本低且易維護(hù)；缺點(diǎn)是相比流速面積法誤差大，尤其在流速突變的情況，同時(shí)假如不具備標(biāo)準(zhǔn)堰槽的條件下，不同環(huán)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(guān)系曲線，耗時(shí)耗力。

城市排污管網(wǎng)測(cè)流產(chǎn)品的選型時(shí)，滿管優(yōu)先選擇電磁流量計(jì)。但在非滿管條件下，往往會(huì)涉及到復(fù)雜的水體組份，管道材質(zhì)的差異、液位變化的頻次、市場(chǎng)繁多測(cè)流品牌以及價(jià)格、維護(hù)成本等考慮因素，讓業(yè)主很難做出最佳的選擇。

市場(chǎng)上不同測(cè)流產(chǎn)品良莠不齊，不同產(chǎn)品之間進(jìn)行同步比測(cè)，有時(shí)數(shù)據(jù)差別都很大，業(yè)主甚至不清楚應(yīng)該以哪組數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，從何處溯源數(shù)據(jù)。

針對(duì)這種情況，賽萊默做出的推薦是聲學(xué)多普勒剖面測(cè)流技術(shù)，尤其是在非滿管的管道測(cè)流情況，用戶仍非常關(guān)注流量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的時(shí)候，理由如下：

• 從技術(shù)角度出發(fā)，聲學(xué)多普勒剖面測(cè)流的是水下多流層剖析，早已是較為成熟的測(cè)流手段之一。除了滿管狀態(tài)下應(yīng)用的電磁流量計(jì)，聲學(xué)多普勒剖面測(cè)流儀相比較其它原理的測(cè)流儀而言，它的測(cè)量結(jié)果更具真實(shí)性和代表性，在很多行業(yè)和領(lǐng)域可以視為其它測(cè)流儀的溯源數(shù)據(jù)。

• 從實(shí)用角度出發(fā)，聲學(xué)多普勒流速剖面儀作為當(dāng)前流行的一種測(cè)流產(chǎn)品（業(yè)內(nèi)稱為“ADCP”），安裝簡(jiǎn)便，日常運(yùn)行成本低。它是通過水下?lián)Q能器發(fā)射脈沖式聲波，可以為用戶提供具代表性的瞬時(shí)流量、平均流速、多流層流速、斷面面積以及累計(jì)流量等水流信息。

考慮到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期處于非滿管，我們根據(jù)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(jì)。同時(shí)，我們明確告知 IQ 設(shè)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(hù)量也會(huì)增加，用戶表示理解與支持。

IQ Pipe 是一款高性價(jià)比的管道型測(cè)流產(chǎn)品，采用成熟的脈沖式聲學(xué)多普勒剖面測(cè)流原理，核心技術(shù)是 SonTek 前沿的智能脈沖技術(shù)（SmartPulseHD），產(chǎn)品擁有五束聲波換能器：四束測(cè)流、一束專門測(cè)深。

• 聲學(xué)脈沖多普勒剖面測(cè)流原理；剖面數(shù)量可高達(dá)100個(gè)

• 聲波頻率高頻達(dá) 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(jiān)測(cè)管道水流

• SonTek 技術(shù)的 SmartPulseHD 智能脈沖功能

• 雙水位測(cè)深系統(tǒng)：垂直波束和壓力傳感器同時(shí)輸出水位

• 可以測(cè)量滿管以及非滿管狀態(tài)下的管道流態(tài)

• 運(yùn)行功耗小于1w，適用于野外無市電的場(chǎng)所

• 無需顯示器，設(shè)備本身處理數(shù)據(jù)帶內(nèi)存，具備數(shù)據(jù)輸出接口和協(xié)議

選址一直都是測(cè)流非常重要的環(huán)節(jié)，決策結(jié)果因?qū)崨r不同而異。我們?cè)诠艿罍y(cè)流選址時(shí)，需要參考事宜（實(shí)際應(yīng)不限于列舉內(nèi)容）：

該項(xiàng)目中最終安裝架設(shè)計(jì)如下：

1) 參數(shù)設(shè)置（設(shè)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(zhǎng)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(hù)作業(yè)。然而，在城市排水管網(wǎng)水體流量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域里，漂浮物和泥沙含量較大是一個(gè)顯著的問題，兩種情況的維護(hù)量特說明如下：

2022年2月25日調(diào)試設(shè)備時(shí)，管網(wǎng)水流狀態(tài)非常不穩(wěn)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(xiàn)往復(fù)流態(tài)。IQ Pipe 準(zhǔn)確記錄了此時(shí)的水流狀態(tài)的數(shù)據(jù)，水深約0.7米，水流在±20cm/s之間波動(dòng)，累計(jì)水量緩慢上升。如下圖標(biāo)：可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體，若要生產(chǎn)不同形狀的零件模型，只需改變 CAD 模型，重新調(diào)整和設(shè)置參數(shù)即可。

2023年6月7號(hào)14時(shí)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(shù)據(jù)，瞬時(shí)流量從0.2018m/s上升到約0.3m/s，雨停后很快恢復(fù)到0.22m/s附近。如下圖表

IQ Pipe 在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行已經(jīng)有一年三個(gè)月的歷史，初期調(diào)試數(shù)據(jù)和正常維護(hù)工作除外，設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定為污水處理廠提供可靠的流量數(shù)據(jù)。如下數(shù)據(jù)日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)數(shù)據(jù)表示例:

如何快速獲取真實(shí)可靠的流量數(shù)據(jù)，對(duì)水資源管理者們準(zhǔn)確掌握排水管網(wǎng)的排放總量，對(duì)城市水資源的合理調(diào)度、污水排放的有效監(jiān)管有著非凡的意義。在城市排水管網(wǎng)測(cè)流項(xiàng)目中，繁多的流量計(jì)，為何選擇 IQ Pipe 呢？

1. 產(chǎn)品集多功能合一，小巧、細(xì)長(zhǎng)、扁平的外型設(shè)計(jì)，有效降低污物清理的維護(hù)量。

2. 產(chǎn)品自帶內(nèi)存和 CUP 處理系統(tǒng)，無需二次儀表獨(dú)立運(yùn)行，占用空間少、易安裝、功耗低。

3. 產(chǎn)品具備兩種不同原理的雙水位測(cè)深系統(tǒng)，科學(xué)的自切換和自校正邏輯保障在任何水體中，深度的準(zhǔn)確性。

   注：深度數(shù)據(jù)精度直接影響流量數(shù)據(jù)里截面積的精度。

4. 產(chǎn)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(shí)時(shí)剖析四束垂向的水流信息，最終匯算成流量數(shù)據(jù)。一臺(tái) IQ Pipe 的測(cè)流代表性相當(dāng)于多臺(tái)其它測(cè)流儀。

5. IQ Pipe 的技術(shù)核心是采用了高頻 3 MHz 的 SonTek 智能脈沖技術(shù)，噪音低、分辨率高，水流環(huán)境自適應(yīng)并且抗氣候因素和磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)，滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)精度的高需求。

6. 產(chǎn)品是針對(duì)管道測(cè)流專門設(shè)計(jì)的一款 ADCP 流量計(jì)，內(nèi)置科學(xué)的管道測(cè)流算法，支持率定分析，對(duì)管道型測(cè)流場(chǎng)所有更好的適應(yīng)性。

7. 產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)滿管、非滿管狀態(tài)的管道實(shí)時(shí)測(cè)流。從本案例也印證了無論管網(wǎng)處在豐水或枯水，甚至回水情況時(shí)，IQ Pipe 設(shè)備都能清晰為用戶提供實(shí)時(shí)可靠測(cè)流數(shù)據(jù)。

8. 當(dāng)然，任何水下設(shè)備都有一個(gè)共同的課題：當(dāng)設(shè)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(hù)工作頻率會(huì)很高。如果水資源管理者們?nèi)孕铚?zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)，則需提前解決或規(guī)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(shè)計(jì)支架、過濾裝置或反沖洗系統(tǒng)。如本次案例中，生活污水的流量監(jiān)測(cè)維護(hù)頻率可以達(dá)到一個(gè)月以上，這與選址和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)密不可分。注：項(xiàng)目的選址是在污水提升泵之后，提升泵前端的生活污水經(jīng)過了一步攔污粗格柵的過濾，并且現(xiàn)場(chǎng)靈活設(shè)計(jì)了 U 型支架安裝，這兩點(diǎn)都非常重要。

綜上，IQ Pipe 產(chǎn)品的性能可靠、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、抗氣候與磁場(chǎng)環(huán)境干擾的能力強(qiáng)，尤其測(cè)流的實(shí)時(shí)剖析能力明顯優(yōu)于同類產(chǎn)品。產(chǎn)品應(yīng)用在城市雨污水管道測(cè)流時(shí)，如能合理的解決或規(guī)避漂浮物或沉積物雜多的影響，它既能保障管網(wǎng)中各種水位下的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，又能達(dá)到極低的維護(hù)成本，是在這類水域下測(cè)流的最佳工具之一。