排水管网在线流量测量解决方案-AL2030声学多普勒流速流向仪

1.排水管网流量在线监测的目的和意义

排水管网分为雨水管网和污水管网。无论雨水管网或是污水管网，对其流量进行在线监测具有重要意义，下面分开来论述

 1）雨水管网流量在线监测的目的和意义

简单的说，监测雨水流量的目的是为了防治城市内涝和污染物入河，具体来说有以下三个场景：

一）是为了防止污水通过雨水管网排入地表水。为了防止水污染而进行的雨水流量监测的典型场景包括。在分流制管道中，晴天检测到雨水管网中有流量，可以有污水通过排口入河的报警。在对于合流制管网，监测溢流口流量能量化排入河道的污染负荷。可触发调蓄池或就地处理设施

二）是为了内涝实时预警与调度，通过在易涝点、关键交汇井安装流量/液位计，系统能在水位暴涨时自动报警。调度中心可据此远程开启雨水泵站、通知抢险队，争取黄金处置时间。

三）是为了识别雨水管网的淤积和堵点，指导精准清淤和管渠改造。在管网上下游对雨水流量进行在线监测，如果上游流量不大但下游持续高水位，说明存在管道瓶颈、淤堵或闸门故障。

 2）污水管网流量在线监测的目的和意义

    简而言之，对污水管网流量进行在线监测的目的是为了“污水管网体质增效"，具体来说有以下四个场景

   一）识别外水入流，在旱天深夜（居民用水低谷期），若某段污水管仍有明显流量，说明有地下水或雨水错接管渗入。这是中国国内污水厂进水浓度低的的主要原因。通过对污水流量进行在线监测，找出渗漏段并修复后，下游污水厂处理量可减少15%-30%，同时进水COD浓度提升，碳源投加成本大幅下降。

  二）诊断管网淤堵与过载，维护污水管网畅通，在线监测流量流量突然下降可能意味着前方堵塞（如油脂堆积、塌陷），流量持续接近满管则说明该管段超负荷。管网运维单位可以按需精准疏通，降低人力物理。

  三）对溯源偷排与管网非法连接进行报警，工业区下游监测到夜间异常大流量或特殊水质变化（配合水质仪），可锁定偷排时间窗，为环保执法提供精准证据。

  四）优化污水本站与污水厂运行，对泵站上游来水流量进行监测，可以动态调节水泵的启停和转速，避免水泵频繁启停或空转，起到降低能耗，延长设备寿命的作用。

2.排水管网流量监测相关标准规范

1)《入河入海排污口监督管理技术指南 HJ1387-2024》

监测点位设置在入河入海排污口监测采样点处，在工业排污口、城镇污水处理厂排污口、农业排口均需安装流量计，对排口流量进行在线监测。

2)《城镇排水管网流量和液位在线监测技术规程T/CUWA40054-2022》

要求在分流系统中污水干管接入主干管的管道、主干管交汇检查井的上游井或上游管道、合流制排水系统或合流制和分流制并存的排水系统中长期保留的合流制溢流排放口或污水截流、在疑似有大量外来水进入或水质突变的管道区段、上游及下游、排污量较大的重点排水户接市政管井井、合流污水泵站、大型住宅区接市政管井等点位。

3. 排水管网中流量在线监测的困难和挑战

1)排水管道中流场情况复杂，存在浅流、非满流、满流、管道过载、低流速、逆流等各种工况，常规的电磁流量计无法适应，排水管网流量计应该能在各种工况下准确测量。

2)适应雨水管道、污水管道均存在高浓度悬浮物、油脂、气泡和粘性液体，排水管网流量计应该能在这样复杂的水质中可靠工作。

3)管网没有供电条件，排水流量计需采用电池供电，要求流量计必须响应时间短、平均功耗，以延长电池的寿命。

4)管网为密闭空间，监测设备应防护等级应达到IP68，流量计应该具有耐腐蚀、耐高低温、耐化学腐蚀的特性

4.AL2030声学多普勒流速流向仪的技术原理

AL2030声学多普勒流速仪采用脉冲模式多普勒工作模式。为了检测水流速度，一个超声波信号被发射到水流中，并接收来自水流中悬浮颗粒返回的回波（反射），通过分析提取多普勒频移（速度）。信号传输是连续的，并与回波信号的接收同时进行。在一个测量周期内， 发射连续信号，并测量沿波束任何位置的散射体返回的信号。这些信号被解析为平均速度，可以与适合位置的渠道流速相关联。仪器中的接收器检测反射信号，并使用数字信号处理技术分析这些信号。

流速与多普勒频移之间关系如下

式中：

1）为瞬时流速，单位m/s;

2）C为水中的声速，单位m/s;

3）为回波频率，单位Hz;

4）为发射频率，单位Hz;

5）△f为频率差，单位Hz

6）θ为声波与水平方向的夹角，单位为°

5.AL2030声学多普勒流速流向仪的优点

基于声学多普勒测速原理，同时测量水体的流速、流向和瞬时流量，符合GB/T 15966-2017和GBT11828.2-2022标准的要求。采用2MHz高频超声换能器，利用正交调制解调算法准确测试双向流速，产品具有测速分辨力高、检测下限低、响应速度快、抗干扰能力强和精度高的优点。软件中带有中各种截面的流量计算模型。防水等级达到IP68，外壳采用耐腐蚀高分子材料,部件全部灌封。适用于雨污水管道、暗渠、灌渠、河道等场景的流速和流量在线测量。具有RS485通讯接口，标准MODBUS协议，可进行多传感器组网。容易与RTU、PLC和物联网关、SCADA系统等集成和组网。附送USS-Suite分析软件，可进行配置、校正、测量、故障诊断等操作。

AL2030声学多普勒流速流向仪具有以下适应排水管网流量监测的优点：

• 同时检测流速、流向和瞬时流量

•        正向和逆向水流均可测量

•        自动补偿水中的声速变化

•        检测下限低至0.02m/s

•        采用短脉冲驱动换能器，在＜10cm的潜水中可测量

•        响应速度＜1秒

•        内置管道、渠道等各种过流端面模型，自动进行流量计算

•        环氧树脂密封，可长期工作在不同深度和酸碱度的水中

6.产品在排水管网在线监测中的应用

典型的安装是在直径为150至2000毫米的管道或涵洞中。传感器应安装在笔直且干净的涵洞下游端附近，以最大限度地保持非紊流条件。安装时应确保设备紧贴底部，以避免碎片堆积在其下方。不要求满管，非满管状态下也可以测量。也要选择水流平稳的地方安装，安装位置的上游要有管道内径10倍的直渠道，下游要有管道内径5倍的直渠道。

要选择水流平稳的地方安装，水流不平稳的地方，测量不稳定，误差会很大。要考虑管道内沉积物和淤泥的情况，如果有淤泥，传感器要避开淤泥。对于上游来的垃圾或者漂浮物，要在上游渠道上做格栅来过滤，格栅距离传感器要有管道内径10倍以上距离。

使用四颗M3*6螺丝将支架与流速仪连接，用焊接或者水泥等方式将支架固定在管道底部，传感器的安装面需要平整，如果安装后俯仰角不是12°，需要在上位机软件设置安装后实际的换能器俯仰角。

   AL2030声学多普勒流速流向仪基于速度面积法计算瞬时流量

   Q=A×V_m                            

式中：V_m为瞬时面流速，单位为m/S，V_m为瞬时面流速=k* V

  A为过流面积，单位为㎡，有圆形、梯形、矩形三种明渠截面，在上位机软件中设置圆形管道的端面参数，软件会自动计算过流面积