排水管网流量的临时测量：准备、实施和数据分析

国内排水管网的特点为：高水位运行、管网中的沉积物和杂质多、不明来水多、下雨时排口溢流水黑臭、污水厂进水浓度低。排水管网的情况复杂和杂质多，导致临时流量测量的困难。如之前的系列讨论文章所言， 超声波互相关流量计和超声波多普勒流量计适用地下管网的 定量 流量测量 。

下面，逐一分析讨论排水管网流量的临时测量的准备工作、可能遇到的问题和解决办法。

为了替高质量数据评估奠定基础，必须在安装测量仪器之前收集一些重要信息。根据这些信息，可以准备最佳的测量点，以满足客户的需求，并确保：

最高的数据可靠性 ；

最低的测量不确定度 。

3.1 流量计种类的选择

用于排水管网临时流量测量的超声波互相关流量计或超声波多普勒流量计，都可以选用固定安装和便携式两种变送器。

排水管网的测量点，通常在道路下方或者人流稀少地点。建议采用便携式的变送器，在检查井或管道内固定。

如果可以，最好能配套雨量计，同步测量。雨量计的价值，见7.2小节。

3.2 根据测量点位选择流量计的种类

有些测量位置适合进行流量测量，有些测量位置不适合测量。根据之前系列文章讨论结果：对于不同的位置，可以选择多普勒流量计或互相关流量计。

排水管网的使用条件复杂；常常遇到设备选型不当、安装点位置选择错误而导致的测量结果偏差大、数据不稳定等问题。

3.3 供电方式的选择

超声波互相关流量计或超声波多普勒流量计，均可以采用可充电电池、市电（电网供电）和太阳能供电。

临时测量时，建议使用可充电电池供电。

3.4 通讯方式的选择

数据直接上传云端服务器。

常用的通讯方式为GPRS、4G或NB-IoT。考虑到排水管网流量计安装点的通讯信号通常较弱，4G或NB-IoT并不能全覆盖；同时，数据文件并不大；因此，建议目前还是采用GPRS。

通讯协议可以选择FTP或MQTT；考虑到数据安全，建议选择MQTT。

当安置点的通讯信号很弱，需要将信号线引到地面上。

安装点的一个重要选择原则：雷诺数（Re）＜5000，流场处于层流或过渡流。

根据numerical simulations project British Standard（2013），拟定测量点前面的平直段的长度不同，测量点的流态分布图不同；平直段的长度对测量点流场的影响很大。

因此，我们建议拟定测量点的前面平直段长度至少为 10XDN 。

排水管网流量计有多种安装方式；可以根据现场情况选择合适的安装方式。

但在传感器安装中，要注意规避污泥沉积、异物覆盖、传感器表面微生物膜和其他安装中常见问题。

5.1 污泥沉积

提前判断污泥界面高度。传感器采用偏心安装，避免被管道内部的沉积污泥覆盖。

当液位低至传感器的测量盲区时，偏心安装的传感器不能检测到流速。这时，可以采用顶部安装的空气超声波与流速传感器结合的方式，用空气超声波测量的液位通过曼宁公式计算流量。

用空气超声波与流速传感器结合的方式，解决了流速传感器偏心安装时，低于传感器测量盲区的低液位时的流量测量问题。

5.2 传感器表面被异物覆盖

传感器有时会被排水中的异物，如塑料袋等覆盖，会导致测量偏差。

可以采用多种液位测量结果的液位冗余测量方式，液位冗余偏差值可以提供（1）何时出现液位冗余测量偏差；（2）是否已解决；（3）影响流量测量的时间范围等信息，为测量数据的二次处理提供依据，见7.1小节。

5.3 传感器表面微生物膜

排水管网内微生物浓度高，容易在多普勒传感器表面生长微生物膜（由于材质和测量机理不同，互相关传感器表面不容易生长微生物膜）。

为了规避可能的微生物膜对流量测量的影响，建议多普勒流量计的维护间隔为1-2个月，互相关流量计的维护间隔为12个月。

5.4 安装注意事项

在拟定测量点的具体安装上，有如下的注意事项。其中，红色“X”代表不适宜的安装点。

需要完整和详细记录测量点尺寸、流量计的设置条件等资料，并保留所有的测量结果。

一个成功的排水管网流量测量，除了设备选型、设备安装、选择适合的高质量的流量计之外，还需要对数据的实时分析，及时应对和解决使用中存在的问题。

排水管网的流量数据是我们判断管网状态的“眼睛”，每一个数据都很重要。 除非可以判断的因素导致的测量误差，如液位冗余偏差、降雨的影响等等之外，我们不建议人为清洗数据 。

下面是我们认为可以删除测量数据的案例。

7.1 删除液位冗余偏差区域

如果测量结果中出现液位冗余偏差区域，可以根据此区域判断影响流量测量的时间范围，可以人为删除此偏差区域的液位和流量测量数据。

液位冗余偏差区域，对应的是传感器被异物覆盖的情况。

7.2 删除降雨对排水管网流量的影响

配套雨量计时，可以根据雨量计的记录结果，在排水管网流量数据中扣除相应的流量数据。

7.3 经过分析可以删除的数据

上图为长三角某城市一个测量点30天的测量数据，流量测量间隔为2分钟，原始数据共计14949组，其中2月8日5-8时194组流速数据出现异常波动问题。根据分析，出现异常数据时，液位低于传感器盲区高度，因而可以将此部分数据删除。此临时测量活动的数据有效率达到98.7%。