小编：排水管道流量测量是开展排水管网分区诊断的重要基础性工作。本文结合清环实际的研发和实施经验，尝试分析一下影响排水管道流量测量可靠性的若干因素。有不正之处还望批评指正。
1、流量监测的必要性分析
对于排水管网的现代化管理，开展分布式、多点位、高频次的持续监测是非常重要的基础工作。无论我们讲数字化、信息化还是智能化，准确、可靠、持续的监测感知数据是基石。如果我们采集的数据不可靠、不准确、不连续，那么所谓的定量分析和科学决策就是空中楼阁。
具体到排水管网监测工作而言，开展液位监测，虽然数据相对可靠稳定，对排水管网的预警管理和风险管理可以起到很好的数据支撑作用，但是液位数据通常只能用作定性分析，要做定量的判断，还是需要流量的监测工作。现在有不少管理者对于排水管网的流量监测，其实是反对和抵触的，认为排水管道的流量监测做不准，没有必要开展。但是，如果我们下一步要开展排水管网的提质增效工作、开展入流入渗分析诊断工作、开展排水管网的分区量化诊断工作、开展排水管网的模型模拟工作，真正促进定量化管理水平的提升，都需要排水管道液位、流速、流量的同步监测数据来支持分析判断。
提质增效的核心虽然是水质指标，但是水质指标其实是状态量，并不需要持续大规模的连续监测。特别是在管网上做大量的分区监测，其实核心还是要监测流量指标，因为流量指标是过程量，根据监测水量和分区污水量的比较以及雨天和旱天的流量差异，是可以对分区域的水量差异做出分析判断，支持做相应的治理和控制工作的，只有把各个分区不该进来的水量控制住了，水质的问题才能改善，所以，在实际的管控过程中，其实是需要对水量做持续监测和治理，对水质的话，其实是做完工程之后做临时的取样化验，就可以满足基本要求。
对于排水管网流量监测的准确性和可靠性的影响因素有哪些呢？我们不能混为一谈，既不能指望找一台“高级”的流量计解决所有的问题，也不能否定流量测量的价值和意义，而是要针对影响因素分别解析，只有清晰地知道了流量测量的影响因素，我们才能对症下药，通过技术研发、现场实施、数据后评估，来提高流量数据的可靠性和应用价值。如果我们只是简单地拒绝流量监测，那么排水管网的科学定量分析势必将止步不前。
2、流量监测的原理及影响因素
首先我们来看排水管道的流量测量原理，由于排水管道的运行状态可能会是没有水、只有一半的水以及满管运行，可能会在多种状态下切换，因此，针对排水管道通常都采取面积速度法来进行流量的测量，即Q=A*V。从公式可以看出，一个是要获得当前水位对应的过流断面A，第二个是要确定时刻的横断面的平均流速V。
2.1 过流断面的影响因素
对于过流断面A的影响因素，我们以常见的圆管为例来进行分析。
（1）管径D：
管径D这个数据按理说应该是非常确定的，不应该有任何偏差才对。但是在实际的操作中，现场对于测量管道的管径进行测量和复核，可能会受到一定的阻力，特别是针对满管运行的测量管道，那么管径只能靠管理人员告知或者查阅相关图纸。我们在实际工程中也发现由于管径输入和现实情况不一致。导致的流量计算偏差问题。因此对现场的监测管径进行核实和验证是非常有必要的，不能轻信于已有的图纸和管理人员的相关经验。这主要是因为目前对管网基础资料的管理和更新还是比较薄弱的，已有资料的可信度不强，增加了额外的核实工作量，需要加强基础数据的管理和更新。（2）水深H：
水深H在实际管道的运行过程中会发生动态变化，这就需要传感器上的液位探头来进行测定。如果我们采取接触式的方法来进行流速测量，那么使用压力传感器就更为合理，这个时候使用非接触式传感器反而有点画蛇添足的味道。根据过往经验，只要用比较精良的压力传感器、保持导气管的畅通，那么水深测量的精度还是可以做到很高的，小于1%不是问题。需要注意的是对于浅水流的监测点，如果想保证水深监测的精度，可以使用小量程的压力传感器来实现。（3）淤积层厚度y：
管道淤积是一个实际过程中经常会发生的事情，从监测的角度讲，没有淤积的管道更加理想。在务实操作中，淤积层厚度的测量难度还是比较大的，而且会发生动态变化。因此在有淤积、或低流速的管道开展监测，就要做好数据质量可能会受到淤积层厚度变化影响的准备。因此，我们应尽量选择流速较高的点位进行监测，有条件的情况下，首先对管道进行清淤再安装监测设备。（4）管道的形变影响：
还有一类发生的情况就是排水管道由于长时间的挤压，可能会发生形变。那圆管就不是圆管了，可能是椭圆管，这个形变也会对监测的结果造成影响。所以在安装监测设备前对管道的状况进行比较仔细的现场勘查，并且采集相应的现场照片和必要的相关基础数据是非常重要的。2.2 平均流速的影响因素
排水管道流量的测量难点其实在于如何测得有效的平均流速，上节讲的过水断面A的相关影响因素，如果加强现场的相关测量复核工作，还是可以得到比较确切可靠的数据。而平均流速的测量，其实难度还是比较大的。而且现场也无法进行有效的复核和验证工作。那么我们从理论上先分析一下如何才能获得比较可靠的平均流速。实际运行的排水管道流速的分布是不均等的，与管道的粗糙度、管径、坡度、当前水深、上下游的边界条件都有相应的联系。因此，我们如果想理论计算排水管道的流速分布，这个是很困难的。所以不要试图在真实管网用液位监测值来计算流速和流量，结果偏差肯定是巨大的。如下图所示，左侧图是非满管横断面的可能流速分布，右侧图是纵断面分层的可能流速分布。下面我们来看一看现有的市面上的各种流速测量方法的优缺点。
（1）测定表面流速计算平均流速
测定表面流速可以用雷达方法来进行非接触式测量。好处显而易见，由于不和水体接触，维护的工作量会小一些，传感器不会挂污。但是我们从上面的图示也可以看出，测定表面流速，仅知道表层的流速是多少，不管是从横、纵断面的分布规律来讲，要通过表层流速推断平均流速，在理论上虽然可行，但是在实际过程中，由于流速的分布规律会动态发生变化，那么采用表面流速来直接推断平均流速的可靠性就不可预知，无法知道相应的估计偏差是多大。如果仅做趋势监测，还可以辅助管理，但是要做量化评价肯定就不行了。（2）测定点流速计算平均流速
利用多普勒原理进行排水管道的流速测量。如果用比较简单的算法来做，那就是发射多普勒波在收到回波之后通过频率差来计算速度，这种方法是比较简单易行的，电路和信号处理都比较容易，市面上产品也很多。但是问题就是获得的只是整个断面某个点的速度。而该点的速度是在断面的低流速区域、还是高流速区域，从单次测量的方法来讲是无法控制的。因此使用点流速测量来代替平均流速，会有随机性及代表性不足的问题，可靠性也无法预知。这种技术原理的缺陷，厂家不会清晰的告知客户，这也是造成很多人认为排水管道流量测不准的重要原因。
（3）测定平均流速的统计分布图
利用多普勒原理进行排水管道的流速测量，也可以用比较复杂和可靠的方法来做。比如用连续波的工作方法来持续发射多普勒波，并且收到一系列的回波，再来做信号的甄别和处理。显然这个方法的电路和信号处理都是比较复杂的，需要长时间的研发积累才能实现。由于是对传感器前端的测量断面进行了全面持续的信号扫描，所以获得的速度代表性和测量值稳定性是非常高的。连续波扫描法无法获得每个层或每个点的速度具体是多少，但是可以获得整个扫描断面的流速分布规律，对于计算平均流速也是足够的。这种方法也是国内外高端专业的排水管道流量监测仪表采取的重要技术原理。当然具体的信号处理算法是有非常高的技术门槛的，也不会公开，需要研发团队通过持续的交叉研究才可能突破和实现。【测量方法视频介绍：排水管网流量监测核心技术之全断面扫描法】
（4）测量分层流速
利用多普勒原理进行排水管道的流速测量，也可以采用脉冲波的工作模式，可以实现分层测速。好处就是可以测得每层的速度。但是由于脉冲波的时间有限、宽度有限，因此测量的分辨率没有连续波工作模式高。这种方法通常在大型、高流速等分层效应更显著的管道或渠道测量效果会比较好，在排水管道测量场景使用的并不多。（5）传感器的安装姿态
在进行流速测量时，理论上要求传感器应该安装在管道底部中心点的垂直方向，这样才能保证传感器扫描断面的代表性。如果传感器的安装位置发生了偏移或者倾斜，就会导致测量角度的偏差，会影响测量结果的代表性和可靠性。因此，在传感器现场固定时需要妥善固定，保证传感器安装和水流方向一致。当然，如果能动态获得传感器的安装姿态就更好了，这个THWater正在加紧研发，会在下一版流量计推出相应的功能。 
（6）其他测速方法
从测量的方法角度讲，我们可能还可以用电磁波、巴氏流量槽、时差法等来进行流速的测量。但是这些方法显然很难在现有的排水管道进行快速的安装和部署。因此实用价值并不高。3、流量监测的保障环节
从上面的分析可以看出，我们如果想提高流量测量的可靠性和准确性。那么首先在技术原理上，我们应该使用对整个断面进行全面扫描的测量技术来进行监测，从而提高测量结果的代表性，降低由于测量方法导致的随机误差和不可估计的偏差。其次，我们应该加强对现场监测管径、淤积层厚度等参数的采集和复核，使用高精度高可靠性的压力传感器，提高过水断面的测量的准确性，避免由于参数偏差导致的系统性计算误差。同时在流量测量期间。也需要对流量数据做及时的甄别和分析，对数据偏差和异常采取相应的现场维护和保障措施，让监测仪表能以更好的工况来工作，获得更加可靠和有价值的监测依据。
总之，排水管道的流量测量难度还是比较大的。我们要根据监测点的实际情况，选择技术原理可靠的设备，在现场进行严谨的安装和实施，准确采集相关安装参数，并且坚持做好持续的运维和管理工作，兢兢业业地做好每一步，才有可能获得可靠的数据。
