大断面高沉积排水管网的从极低液位到满管的高精度流量测量方法

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。

而大断面的排水管网通常伴随着高沉积的情况，也往往伴随着低液位到满管时流量测量的问题。其特点和难点，具体分析如下。

1 排水管网的测量原理

通常用速度-面积法流量计进行排水管网的定量流量测量。速度-面积法流量计需要测量两个基本的参数： 平均流速 和 过流面积 。可以采用以下通用计算公式：

Q = v ( 平均 ) ? A

因此，需要精确测量平均流速V 平均 和过流面积A。

通过连续测量包含渠道、管道或箱涵的充满度来确认过流的横截面A。液位变化会导致过流横截面积的变化，因此精确的流量测量需要在所有水力条件下进行精确可靠的液位测量。排水管网中含有较多的杂质，需要考虑多重冗余的液位测量解决方案，确保在非满管等复杂情况下液位的精确测量，提供更多的数据判断可能存在的问题。

过流断面平均流速的精确测量，是速度-面积法测量的核心技术。根据历史文章 ? 《 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》 ， 排水管网的高精度流量测量，建议选用互相关流量计，但在某些时候，也可以采用雷达流 量计。

互相关流量计

NIVUS互相关流量计基于超声波互相关原理而非多普勒效应，传感器连续扫描水中多个颗粒或气泡，反射信息存储为图像，基于频率特征的粒子识别，根据脉冲重复频率确定两个脉冲之间的TPRF时差Δt，根据这个时间差和距离间隔得到颗粒或气泡的速度，从而得到这个点的流速。可以把超声波互相关流量计想象为超声波相机：互相关流量计可以记录超声波束内的水平和垂直方向多个颗粒或气泡，如同测量“颗粒云”，并在几毫秒内对颗粒或气泡进行相互比较（两张照片的比对）。互相关流量计的优点是： 测量实际流速而不是拟合值，无需对流量计进行校准，无需数据二次处理（即数据清洗）、在复杂条件下具有极高的测量精度。

雷达流量计

雷达流量计发射连续雷达波信号，信号由水体表面的波浪反射，水体表面的波的速度会影响反射波的频率变化。根据多普勒原理，可以计算出水体表面波的移动速度；而波浪的移动速度，即表面的流速。而根据预设的数学模型，根据表面流速计算出过流断面的平均流速。

2 大断面高沉积物排水管网的特点

安装在管道和渠道内的流速传感器，有测量盲区，即h-crit。

互相关流量计的型号不同，对应的h-crit不同，信号穿透深度和适用尺寸不同。具体见下表。

排水管网的底部或多或少有污泥沉积。可以通过传感器的偏心安装防止损坏或沉淀。

3 互相关流量计与雷达流量计的结合

考虑到传感器的测量盲区和污泥沉积高度导致的传感器偏心安装这两个问题，在实际测量中需要解决低于传感器盲区的流速测量问题。

对于NIVUS，可以采用互相关流量计与雷达流量计的组合测量，即在同一测量系统中结合两种流量测量，使用同一个变送器（RTU）。

? 液位高于互相关流量计测量盲区时，互相关流量计进行正常测量，此时可以测量断面的16层流速，测量精度很高；

? 当液位低于互相关传感器的测量盲区时，以互相关流量计无法工作，自动切换为雷达流量计。如前所述，在水深比较浅时，断面流速分布偏差比较小，表面的流速和平均流速的误差比较小，雷达测量的表面流量测量误差比较小。因此，当液位低于互相关传感器的测量盲区时，也能获得比较高的流量测量精度；

? 这样，就解决了从污泥界面上的极低液位至满管的高精度流量测量问题。

这种测量方法，不受水面波动、坏天气、底部沉积、流量波动、液位波动等因素的干扰和影响。

4 混合法流量计的设备参数

混合法流量计的变送器，为固定安装NF7550。

● 用于接入雷达流速传感器和互相关流量计，即混合法测量；

● NF7550变送器，可以接多达3个雷达流速传感器和/或互相关流量计，和1个超声波液位计，用于1个测量点的测量；

● 100-220V AC或9-36V DC供电。

NIVUS的OFR雷达流速传感器的性能参数如下：

? 采用互相关和雷达两种冗余的流量测量；

? 非接触式雷达表面速度测量；

? 侧向安装的互相关速度分布传感器；

? 两种独立的流量测量技术可提高精度和可靠性；

? 所有传感器都在沉积区域之上；

? 无需维护；

? 可靠的测量，不受波浪、风暴条件以及低流量等环境的影响。

6 混合法流量计的安装方式

NIVUS提供全套的组合支架和模块，用于多种安装场合。

7 现场使用照片