小编按：做排水管网的规划管理工作，准确的数据是一切决策的基础。那么对于排水泵站我们是做理论计算？还是做实际监测？本篇文章由严谨的熊五博士指导编写，请读者参考。

0、前言

城市排水管网一般敷设方式为依靠地形的逐级下降式的管底平接，使得污水能够依靠重力流排。在管网敷设长度太长、地形高低起伏不利的情况下，为避免下游管道埋深过大，一般利用排水泵站对污水进行提升，减少下游管道埋深，同时为后续工艺的顺利进行提供较强水流动力。

图 1 泵站提升模型示意图

在长管段下游或者地势较凹处的污水泵站，其过流量常常代表了该城市某排水分区的污水总量，是研究城市“提质增效”、“黑臭水治理”、“雨污混接改造”的一个不可忽略的大流量节点。

如何准确的获取泵站过流数据呢？一般来说有两种方法，一是根据泵站功耗进行理论推算，二是采用流量监测设备进行在线监测。两种方法各有优劣：理论计算不必追加投资，不增加维护，但计算结果只是理论，无法估计水泵的实际工况与理想工况之间的差异；在线监测需要额外投入，但相对来说获得的数据更接近实际情况。

现以某市A泵站为例，进行探讨分析。

1、理论流量

基于泵站已有数据，根据单位用电量进行计算。单位用电量（指1度电）的取水量Q，举例如下：

若额定功率为100KW，额定流量1m³/s。则：1小时总取水量为1m³/s×3600s=3600m³，总用电量为100KW×1h=100KW·h=100度电。故1度电的取水量为36m³。

A泵站理论计算过流量显示流量与降雨存在正相关性，降雨发生时，过流量增加，如下图所示。

图 2 理论计算流量-降雨图

2、在线实时监测流量

2.1、监测结果

泵站监测设备安装于泵站站前进水管，管径DN600，埋深4.3m。【小编：泵站测量的难度还是比较大的，设备安装需要合适的监测井，需要可靠稳定的专业化设备，否则可能会导致数据偏差或失效。关于监测相关工作参考：《城镇排水管网在线监测技术规程》（T/CECS 869－2021）正式发布】水量数据显示其稳定性较强，液位与流量变化趋势较一致，降雨发生时液位和流量同步上升，上升幅度较小，如下图所示。

图 3 泵站液位-流量变化趋势图

对旱天日流量进行1月至7月24小时分钟级对比分析发现，A泵站旱天流量变化规律性较强，每日02:00至07:00出现流量低谷现象，9:00至10:00为排水高峰期，与居民用水规律一致性较强，如图所示。

图 4 旱天日流量变化趋势图

2.2、监测分析

设备运行期间受污水管道垃圾缠绕、碎石冲击影响，因此会出现监测点位数据异常现象。

另外，污水泵站一般为全日运行，根据水量变化调整开动工作泵的台数，并根据集水池水位发出的信号，控制开停。因此，泵站前检查井液位受泵站调控性较强，且与居民用水规律出现一定差异性。

对于该类型监测点位，可以通过三种途径进行判断：一是物联网监测平台可直观看到液位变化与流速的不匹配现象；二是单日流量数据与液位数据同步性变化趋势良好，但与其他单日不同，并且违背居民用水生活规律；三是物联网监测平台可通过数据波动与数据获取条数，实时计算数据质量得分，对于得分低于85分出现预警提示，如下图所示【小编：正在编制的CECS团体标准将提出一整套排水管网监测数据质量评价方法和分级标准】。

图 5 泵站瞬时监测图

图 6 数据质量得分计算图

针对监测点位数据异常现象，现场实施人员迅速开展维护工作，排除监测点位的垃圾、碎石等固体物的干扰，确保监测点位恢复正常，并可在物联网平台实时查看，下图为同一点位不同日期维护前后数据变化图。【小编：运维和设备对于监测数据质量保障都很重要。】

    图 7 监测数据异常及恢复对比图

3、在线监测数据VS理论计算数据

接下来，将在线监测数据和理论计算数据进行对比。将2021年1月1日至6月25日期间的A泵站日累计流量的在线数据和理论数据绘制在同一坐标轴上，如下图：

图8   理论数据与监测数据逐日对比图

可以明显看出，理论数据是大于在线监测数据的，而且整体来看，两组数据的趋势是一致的，几乎每一天监测数据都比理论数据小，而且差距基本控制在30%以内，具有明显的相关性。对两组数据做统计，得到各统计值如下表和下图所示。

    图 9 理论数据与监测数据箱型图

根据以上分析可知，在统计规律上，监测数据的日均值比理论数据小22%。

根据之前的分析，理论流量是根据水泵的用电量推算出来的，但在实际工作中，由于水泵老化、工况复杂等原因，往往导致水泵的实际运行功率比额定功率低，而且在不同情况下，实际功率比额定功率低多少，这个比例不是固定的，但是应该是在一定范围内，否则水泵就无法发挥功能。这样就导致水泵的实际抽水量往往小于理论计算值，理论计算值只是泵站实际流量的最大值，且实际流量应该与理论计算值具有一定的相关性。

从这里出发，进一步分析：实际流量小于理论值，监测值也小于理论值；实际流量与理论值具有相关性，监测值也和理论值具有相关性。

从严谨的逻辑角度，我们无法证明监测值比理论值更“真实”，但是从可靠性角度，我们完全可以认为，监测值比理论值更可靠。

4、结语

      1) 监测数据显示，泵站流量-液位具有同步变化趋势，对降雨的敏感性较强，旱天分钟级流量变化趋势性较强，每日出现用水低谷与高峰期，与居民用水规律一致。

       2) 通过监测数据，可以实时发现流量监测设备的运行问题，从而指导设备的运维，并能够通过数据规律判断流量数据的可靠性。

        3) 通过监测数据与理论数据的对比，以监测数据代表实际流量进行决策，更可靠，可以避免决策偏差。

5、未完待续

在线监测除了提供精确流量数据外，还可以做什么？

其一：核算水泵扬程，减少运行能耗，为后续工程性措施及优化泵站运行提供依据。

具体为：在线监测设备安装完成后，可以得到水泵前后运行流速，结合实测位置Z及压力值P，根据伯努利方程，可以得到流体节点总水头，由于实际流体存在沿程与局部损失，因此，在没有能量输入的情况下，总水头总是沿程下降的。如果系统中存在泵站提升设备，发生机械能的输入，水头线会有突然上升，总水头线的上升幅度就是泵站扬程。

    图 10 水头变化示意图

其二：核算管道漏损情况，为管道修复提供数据依据。

与CCTV检测的投资大、过分依靠人力的特点不同，在线监测数据则自设备安装完成以后，即可通过物联网查看24小时分钟级数据。同时可根据流体连续性方程，掌握管道水量平衡现状，公式为：

    A₁V₁=A₂V₂

其中，A为断面面积，可由监测点位液位及设备安装中测量的管径推算而得；V为管道过流速度，可由监测值直接读取。当连续性方程平衡破坏时，可通过加密监测点、现场便携监测、QV快速检测、CCTV检测等综合手段查找造成流量矛盾的缺陷部位。【参考：水量平衡分析有什么用？—智慧排水之乱弹（64），THWater便携流量仪辅助排水管网诊断—智慧排水之乱弹（62），浅谈污水十四五规划与排水监测诊断—智慧排水之乱弹（60），排水管网排查诊断的正确打开方式—智慧排水之乱弹（42）】以下为一示例：

    图 11 流量平衡图

清环不仅是数据的搬运工，也是数据的加工制造者。在清环咨询技术部门的努力下，我们又总结了12个典型的排水管网监测应用场景和分析案例。加上之前的12个案例，共24个分析方法案例。目前，正在做最终审核印刷，马上将与大家见面哦，敬请关注。有需要可以联系小编。THWater秉承数据产生价值的基本理念，研发并制造系列化排水管网监测仪表及软件，为排水管理提供有用有效及时准确的监测数据，并推动数据为规划管理提供决策诊断支持。