互相关流量计在厂站网河一体化项目中的实践——以维也纳排水管网RTC为例

提升城市排水系统的防涝能力、减少排水管网的沿途溢流污染、最大限度发挥排水管网调蓄能力和末端污水处理能力一直是集中式城镇排水系统追求的方向。而通过增加基础设施建设增加排水系统的处理能力，不仅投资成本高回报周期长，并且受土地使用等问题限制。如何构建具有弹性、可靠性和可持续性的现代排水系统架构，通过动态的控制方式，充分利用现有基础设施实现CSO消减和内涝控制等目标，是厂站网河一体化的发展方向。

排水管网实时控制（Sewer Management System with Real Time Control，简称 RTC）是优化城市排水系统运行的可行方式。

按照系统实际控制(管理)的范围，可以将实时控制系统分成局部响应控制、城市级别的优化控制和流域联合调度三种级别。维也纳排水管网RTC项目是对整个城市的排水管网进行综合管控，属于城市级别的优化控制。

维也纳排水管网RTC项目为德国ITWH公司具体实施，德国NIVUS（尼沃斯）公司提供包括流量计、液位计、雨量计等底层传感器和测量技术服务。维也纳排水管网RTC项目获得德国水伙伴计划Water 4.0推荐，为其推荐的唯一一个排水管网智慧水务案例。

1 维也纳RTC项目背景介绍

2 实施路径的选择

经过前期咨询，确认可以采用新建调蓄池和管网实时控制（Sewer Management System with Real Time Control， RTC）的两种方式，解决此问题。

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方案一：新建调蓄池

? 调蓄池总容积：约255,000 m3；

? 投资高，占地面积大；

? 很难找到合适的实施地点。

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方案二：管网实时控制（RTC）系统

? 需要361,000 m3的管网调蓄空间；

? 排水管网实际总容积：628,000 m3，满足要求；

? RTC（实时控制）的投资成本低得多；

? 节省7,800万欧元。

最终，选择选择在维也纳排水管网系统中实施实时控制系统。

3 实施路径

实现目标的RTC关键控制单元如下：

4 实时监测内容

根据RTC的要求，需要对排水管网每个汇水分区的关键节点的前后进行流量或液位的实时测量，还需要测量（1）闸门的开度，（2）每个汇水分区的雨量，和（3）雷达预测降雨量。

其中，每个汇水分区的关键节点的前后进行流量或液位的实时测量数据，是RTC系统控制的关键参数。

4.1 流量计的选择

排水管网中使用的主要是超声波多普勒和超声波互相关流量计 （ 关于排水管网流量计的选择，请点击 ?

历史

文 章 《排水管网流量测量的原理、方法和设备选择》 和 《有问有答：如何选择排水管网流量计》 ） 。而互相关流量计和多普勒流量计的比较，如下表。

考虑到维也纳排水管网的安装条件复杂、水质变化大、流量测量精度要求高、维护难度大， 最终，选择德国NIVUS公司的56套互相关流量计（包括便携式和固定安装式），用于维也纳市地下管网关键节点的流量测量 。

互相关流量计的传感器表面不产生微生物膜，日常维护工作量低。

为了及时发现排水管网中传感器的状态， 选择液位冗余测量的互相关流速传感器。

4.2 超声波液位计的选择

维也纳排水管网RTC项目的超声波液位计，除了控制闸门的开度之外，还在一些非关键节点测量液位高度通过水力学公式计算管道流量。 如果超声波液位计的测量误差大，将导致水力学公式计算结果的偏差，因此，液位测量需要比较高的测量精度。

NIVUS的超声波液位计，在0.07至40m的测量范围内，分辨率＜±2mm，测量误差＜测量值的0.25%或1mm，完全满足项目设计要求。

最终，选择德国NIVUS公司的80套超声波液位计，用于维也纳市地下管网关键节点的液位测量。

4.3 雨量计的选择

维也纳排水管网RTC项目，对雨量计的测量精度和测量稳定性提出更高的要求。NIVUS的雨量计的分辨率达到0.1mm降水，完全满足项目设计要求。

最终，选择德国NIVUS公司的24套雨量计，用于维也纳市地下管网关键节点的雨量测量。

5 实施后的效果

RTC的效益如下：

? 减少50%的CSO溢流量；

? 优化厂网河的运行，实现排水管网污染物负荷的动态平衡。

6 项目实施方的建议

作为德国著名的水文和水利模型开发者，德国ITWH公司是维也纳排水管网RTC项目的系统实施方。

对于排水管网RTC项目，ITWH的建议如下：

?建立两个月的降雨径流和水力模型至关重要。

? 流量、液位和雨量测量系统是硬件系统的核心；这些测量数据将用于校准RTC系统。 德国ITWH公司强烈建议选择互相关流量计并考虑液位冗余测量，并建议在汇水分区的节点前后进行测量。

? 确认预测方法和模型，预留足够的时间来测试模型。

? 控制器：您是否有模糊控制器可用。请记住，它应该能够处理不同的规则。

? 您是否有适用于MPC的软件？

? 您需要不同软件模块之间的直接通信。

? 至少半年的时间进行测试和改进。