THWater®智慧排水监测

在溢流堰探究液位算流量的可靠性—智慧排水之乱弹（123）

作者：毛彦鑫李萌来源：清环智慧水务

小编按：在排水管道复杂工况中，利用液位来计算流量其实大多数时候是不可靠的。哪怕是在本例的一个溢流堰中，工况已经相对好很多了，但是实际计算结果通过和实测数据比对，却发现不尽如人意。实测流速在排水管网分析诊断中还是很有必要，不能盲目的做理论测算。

在做排水管网流量测量之前，很多小伙伴会提出这样的疑问：书本里面经常提到可以通过水头差以及截面的形状直接计算流量，那么我们直接做液位监测，通过液位估算流量，既简单快捷又可以降低成本，为什么还要做流量监测呢？今天小编就抛砖引玉，通过一个实际案例，带大家对使用液位计算流量的方式可靠性进行一个探究分析。

1、流量测量与液位计算原理

熟悉排水系统的小伙伴都知道，排水系统中的流量监测并非简单的点流速乘以过水面积。由于城市中大部分排水管网建设年代久远，管网缺陷随处可见，且排放的污水中存在各种污染物以及生活垃圾，随着水流和时间不断在管网中进行反应、沉降，更是加重了排水系统的运行负担，使得排水管道内的流场分布非常不均等且随着时间发生变化，使得流量的测量更加困难。为了解决这个问题，清环付出了大量的努力，不断研发改进，终于研发了代表性强、科学且适用于排水管网的监测设备：THWater排水管网监测流量仪。由于污水中的杂质及管道的缺陷使得管网中的过流情况更为复杂，因此我们通过对污水管道断面速度分布进行全断面扫描，获得流速强度的统计分布规律，并和流程进行匹配，从而计算得到断面的平均流速。这保证了平均流速测量结果的代表性：平均流速是通过大量测量结果的统计匹配值，而不是通过单点速度或其他代表性不强的少量数据计算得到的理论值。

然而，某些监测场景下，也存在着特殊的过流形式：在某城市排水系统中，湖水以不规则的波浪形式越过溢流堰进入污水收集井，通过现场调研，收集井虽然由闸门进行控制，但实际是以堰流的形式收集水，如下图所示。

因此，可由液位高程和闸门顶部高程计算堰上水头，并利用这一水头，通过水力学公式，计算得到收集井收集的水流量。具体计算公式如下：

其中，L_LZ为液位（m），V_LZ为流速（m/s），Q_LZ为通过堰收集的水量（m³/s）；b为堰宽；Hr为堰前水位（m）；H_Y为堰高；m为流量系数，常用值为0.42。

2、现场调研及监测设备的安装

确定监测方案之后，清环的小伙伴们随即对现场展开调研，对各个堰的高程、宽度等必要参数进行了多次的测量和收集。溢流堰本身并不适合安装流量监测设备，因此我们在溢流堰前安装了THWater在线液位监测仪，利用堰流公式计算收集井处的流量。同时为了对计算的流量进行系数矫正及准确度验证，我们也在下游安装了在线流量监测仪，同时对该点流量进行对比监测。

3、监测数据分析对比

为了方便对比，我们通过在线监测平台，将测量得到的液位值和通过计算转换的流量值放到了监测平台。这里放上其中一个典型溢流堰数据供大家参考，可以看到，液位（下方曲线）呈正负波动的形态，每当液位回正，相应的流量值也会出现。

为了方便大家观看，我们把某一日液位的波动及相应的流量计算值放大如下所示：

在持续监测期间，我们根据监测流量数据与计算数据的差异进行了计算系数调整，并将每日累计监测的流量和计算得到的流量进行了统计对比，下图是我们所获得的数据对比情况。可以看到，实际监测到的流量值和通过液位计算得到的流量值并不具有明显的相关性，监测到的流量尽管每日有一定的波动（下图2），但并不会出现较大的异常。相反，通过液位计算的流量则不具有任何稳定性，与监测流量差异可能达到十几倍之多，无论我们如何调整，都会很快偏离测量流量，如果只用计算流量值，就会严重影响我们对整体流量情况的判断。【小编：在很多场合，我们都反对在复杂排水管网系统中用液位来计算流量，因为根本不知道结果是否可靠，同时用一个相对简单的液位信号推算一个复杂变化、多因素干扰的流速数据，本身就不靠谱。如果依赖“理论计算”的流速、流量来做分析判断，那么可能会产生很多未知的偏差。因此，我们强烈建议实测液位数据来做液位相关的分析判断，要做流量判断则需要实测，而不是做不可预知的所谓理论计算！】

测量流量图

4、总结

通过上文的典型案例我们不难发现，尽管通过液位计算流量在理论上有一定的可行性，但由于现场的复杂工况和多因素干扰，实际应用效果却不尽如人意。排水管网中工况如此复杂多变，任何常见的淤积、管道瑕疵等问题都会严重影响利用液位计算的流速的准确性和科学性，通过简单的液位计算得到的流量值很难发挥实际应用价值，甚至会产生误导。因此我们还是需要借助THWater流量探头全面精确的探测能力和强大的分析匹配算法，通过多点扫描来获取管道流速的分布规律，统计计算得到平均流速，才能更好地帮助我们掌握管网运行情况，厘清管道问题，对管网健康进行科学有效的诊断。【参见：排水管道流量测量可靠性的影响因素浅析—智慧排水之乱弹（98）】

智慧排水之乱弹合集123

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