摘要:簡(jian)述了污水(shui)自動監測(ce)系統中流(liu)量測量的(de)原理和組(zu)👣成🏒，通過對(dui)标準巴歇(xie)爾槽明渠(qu)流量計 流(liu)量計算數(shu)學模型的(de)分析，總結(jie)出污水在(zai)線監測💔系(xi)統🐉中影響(xiang)流量測量(liang)精度的5項(xiang)主要因素(su)，并對各項(xiang)因素進🤞行(hang)了相應的(de)技術分析(xi)。
0引言
　　随着(zhe)環境污染(ran)問題日益(yi)嚴重，我國(guo)對建立環(huan)境管理體(ti)系，加大環(huan)境監測力(li)度提出了(le)更高要求(qiu)。目前🈲，國内(nei)☁️重點排污(wu)企業㊙️均安(an)🔞裝了污水(shui)自動監測(ce)系統，保證(zheng)污水排放(fang)🔱的數據能(neng)夠實時，上(shang)傳至市、省(sheng)環境👣監測(ce)部門和國(guo)家環保主(zhu)管部門。爲(wei)了保證上(shang)傳數據的(de)有效性，國(guo)家環保部(bu)🚩發布了HJ/T355-2007《水(shui)污染源在(zai)線監測系(xi)統運行與(yu)考核技術(shu)規範❌》和HJ/T356-2007《水(shui)污染源在(zai)線監🤞測數(shu)據有🏃🏻效性(xing)判别技術(shu)規範》等規(gui)💰範性文件(jian)。這些⚽文💋件(jian)對有關水(shui)質的監測(ce)數據(如化(hua)學需氧量(liang)COD。、氨氮NH,-N、總磷(lin)TP、pH值)等，詳細(xi)規定了試(shi)驗項目和(he)數據要求(qiu)1-2],但對🚩如何(he)保證水量(liang)的流量監(jian)測數據的(de)正确🤩，卻沒(mei)做要求。
　　随(sui)着主要污(wu)染物總量(liang)減排監測(ce)要求的提(ti)出，這種情(qing)況8益被發(fa)現和重視(shi)。2013年底環境(jing)監測部門(men)已有人🧑🏾‍🤝‍🧑🏼提(ti)出關于污(wu)水⛹🏻‍♀️流量監(jian)測質量監(jian)督檢查的(de)技術和方(fang)法3。但從流(liu)量計量專(zhuan)業的角度(du)來看，環監(jian)部門提出(chu)的方法僅(jin)對相關計(ji)量檢定🈲規(gui)程項目🚩進(jin)行了簡化(hua)和重組，并(bing)沒有進行(hang)深人的計(ji)量技術分(fen)析，無法🎯保(bao)證現場流(liu)量數據的(de)精度。而本(ben)文則根據(ju)現場檢😍定(ding)明渠污水(shui)流量計的(de)大量樣本(ben)數📐據，做出(chu)了一定的(de)㊙️分析，爲進(jin)一步正💋确(que)實現污水(shui)流量在線(xian)監測打下(xia)了--定的基(ji)礎。
1污水流(liu)量測量
1.1原(yuan)理及組成(cheng)
　　由于排污(wu)口标準化(hua)和視頻監(jian)控的需要(yao)，污水流量(liang)自💞動監測(ce)系統以堰(yan)槽式明渠(qu)流量計爲(wei)流量計量(liang)🤩的主要方(fang)⭐式。堰槽式(shi)明渠流量(liang)計的原理(li)是在明渠(qu)中設置标(biao)準量水堰(yan)槽💁(如巴歇(xie)💛爾量水槽(cao)和矩形薄(bao)壁堰等)，并(bing)按規定位(wei)置測量水(shui)位，則流過(guo)堰槽的流(liu)量與水位(wei)呈單值關(guan)系，根據相(xiang)應流量公(gong)式或經驗(yan)🌈關系式，将(jiang)測🏃🏻出🌈的水(shui)位值換算(suan)成流量值(zhi)。流量計由(you)✂️标準量水(shui)堰槽和🔆液(ye)位流✍️量轉(zhuan)換儀表(二(er)次儀表)所(suo)組成。如圖(tu)1所示。
 
　　據統(tong)計，本次試(shi)驗污水流(liu)量自動監(jian)測系統共(gong)計338台堰槽(cao)式明渠流(liu)量計。其中(zhong)，巴歇爾槽(cao)式占68.2%,矩形(xing)薄壁堰占(zhan)14.5%，其他堰槽(cao)類型占17.3%，本(ben)文以标準(zhun)巴歇爾槽(cao)明渠流量(liang)計爲例進(jin)行分析。
1.2标(biao)準巴歇爾(er)槽明渠流(liu)計算的數(shu)學模型
　　标(biao)準巴歇爾(er)槽流量Q按(an)下式計算(suan):
 
　　式中:C爲流(liu)量系數;b爲(wei)喉道寬度(du)，m;ha爲實測液(ye)位，m。
　　由标準(zhun)巴歇爾槽(cao)明渠流量(liang)計的基本(ben)原理和流(liu)量計算公(gong)❄️式可知，流(liu)量測量的(de)精度直接(jie)依賴于流(liu)量系數C的(de)精度、喉道(dao)寬♻️度測量(liang)的精度和(he)實測液位(wei)的♍精度。其(qi)中，實測液(ye)位的精度(du)評估又包(bao)含三個因(yin)素的影響(xiang):液位計測(ce)量的精度(du)、測量液位(wei)計零點的(de)儀器的測(ce)量精度和(he)液面的擾(rao)動情況。
2現(xian)場流量測(ce)量精度的(de)影響因素(su)
　　通過上述(shu)分析，我們(men)可以總結(jie)出基于明(ming)渠流量計(ji)的污水在(zai)線監測系(xi)統中，影響(xiang)流量測量(liang)精度的主(zhu)要因素有(you)以下幾個(ge)‼️方面:
1)堰槽(cao)的類型，主(zhu)要确定流(liu)量系數的(de)測量精度(du);
2)實測液位(wei)的精度，主(zhu)要取決于(yu)液位計測(ce)量的精度(du)和測量⚽液(ye)位計零點(dian)的儀器的(de)測量精度(du);
3)液位測量(liang)的重複性(xing)，由液面的(de)擾動或平(ping)穩程度決(jue)定，主要影(ying)響🙇‍♀️多次液(ye)位測量讀(du)數的平均(jun)值的測量(liang)精度㊙️;
4)堰槽(cao)的幾何尺(chi)寸，主要取(qu)決于喉道(dao)寬度(或其(qi)他堰槽中(zhong)的闆、槽尺(chi)寸)的測量(liang)儀器的精(jing)度;
5)水位-流(liu)量轉換誤(wu)差，由流量(liang)計二次儀(yi)表的軟件(jian)産生。由于(yu)🈚各種堰槽(cao)明渠流量(liang)計的流量(liang)計算公式(shi)涉及多個(ge)參數，流量(liang)計生産🧑🏽‍🤝‍🧑🏻　　廠(chang)家在軟件(jian)系統進行(hang)換算時，各(ge)個參數根(gen)據不同的(de)設計尺寸(cun)範圍以數(shu)據庫函數(shu)的方式進(jin)行存儲，由(you)于📧存儲空(kong)間的限制(zhi)造成無法(fa)足夠精确(que)的設置參(can)數，因此造(zao)🍉成流量計(ji)顯示值的(de)誤差。
2.1堰槽(cao)的類型
　　明(ming)渠流量計(ji)在進行堰(yan)槽選擇時(shi),現場主要(yao)考慮流量(liang)範圍🛀🏻和設(she)計施工難(nan)度等因素(su)。根據國家(jia)計量檢定(ding)規程JJG771-1990《明渠(qu)堰🥵槽流量(liang)計試行檢(jian)定規程》[5]和(he)各種類✌️型(xing)堰槽的相(xiang)關ISO國際标(biao)🔞準[6-10]，幾種常(chang)用堰♈槽的(de)流量範圍(wei)和流量系(xi)數所引入(ru)的測量誤(wu)差如表1所(suo)示。
 
　　通過表(biao)1可知，幾種(zhong)堰槽的流(liu)量系數所(suo)引入的測(ce)量誤差相(xiang)差不大，各(ge)種堰槽類(lei)型在技術(shu)上并無高(gao)下之分。在(zai)綜合考慮(lü)流量适用(yong)範圍和現(xian)場設計施(shi)工難度後(hou)🧡，巴歇爾槽(cao)和薄壁堰(yan)具有--定的(de)㊙️優勢。兩者(zhe)相💘比，薄壁(bi)堰的優點(dian)是制作方(fang)便，安裝簡(jian)單，缺點是(shi)水🌂頭損失(shi)較大，污水(shui)中的泥沙(sha)和懸浮物(wu)容易在堰(yan)前📱沉積使(shi)水位提高(gao)而影響測(ce)量的精度(du)。巴歇爾槽(cao)的優點是(shi)測量範圍(wei)寬，水頭🍓損(sun)失小，污水(shui)中懸浮物(wu)不👄易沉積(ji)，但加工和(he)安裝較爲(wei)複雜”。
2.2液位(wei)測量的精(jing)度
　　明渠流(liu)量計中的(de)實際液位(wei)測量涉及(ji)液位計零(ling)點(即液位(wei)零點)和液(ye)位計測量(liang)精度等兩(liang)個方面，早(zao)期⚽的浮子(zi)式☀️液位🌈計(ji)由于測量(liang)精度太低(di)已經被淘(tao)汰，壓力式(shi)液位計由(you)于易受污(wu)水腐蝕和(he)沉積物覆(fu)蓋影響也(ye)較少使用(yong)"，現💁在主要(yao)使🔆用超聲(sheng)波液位計(ji)。超聲波測(ce)液位爲非(fei)接觸式測(ce)量，可以不(bu)受液體性(xing)質的影響(xiang)，但液體表(biao)面浮沫和(he)固體漂浮(fu)物較多時(shi)也會受到(dao)影響。
　　本次(ci)試驗的明(ming)渠流量計(ji)全部采用(yong)的超聲波(bo)液位計,廠(chang)家标🏃稱的(de)測量精度(du)爲不大于(yu)3mm,滿足環保(bao)行業标準(zhun)HJ/T15-2007《環境保護(hu)産品技術(shu)要求超聲(sheng)波明渠污(wu)水流量計(ji)》中對液位(wei)測量誤差(cha)的要求[12]。但(dan)實際測量(liang)結果卻相(xiang)差很🏃大，具(ju)體數據如(ru)圖2所示。
 
　　試(shi)驗發現，現(xian)場使用的(de)超聲波液(ye)位計問題(ti)很多。零點(dian)不準的原(yuan)因主要在(zai)于液位計(ji)安裝時沒(mei)有做好零(ling)點的設置(zhi)和校準💯。水(shui)位超差的(de)原因一部(bu)分在于液(ye)位計安裝(zhuang)後沒有做(zuo)好現場校(xiao)準，另一部(bu)分在于液(ye)位計使用(yong)過程中傳(chuan)感器探頭(tou)老化，測♉量(liang)精度不達(da)标。
2.3液位測(ce)量的重複(fu)性
　　明渠流(liu)量計液位(wei)測量的重(zhong)複性主要(yao)取決于液(ye)面的穩❓定(ding)程度。液面(mian)平穩時，液(ye)位測量的(de)重複性就(jiu)容易達⭐标(biao);反之，水流(liu)不🔞平穩，有(you)大量漩渦(wo)、波浪、泡沫(mo)時，液位測(ce)量的重複(fu)性就不滿(man)足要求。具(ju)✌️體情況如(ru)圖3所示。
 
　　上(shang)述水流不(bu)平穩的情(qing)況，主要原(yuan)因是明渠(qu)流量計安(an)裝位💘置前(qian)👌端的行進(jin)渠道長度(du)不滿足要(yao)求。根據☀️規(gui)程要求，巴(ba)歇爾槽的(de)安裝條件(jian)爲前端順(shun)直行進渠(qu)道長度應(ying)不小于5倍(bei)的行進渠(qu)道寬💔度，而(er)薄壁堰則(ze)要求爲10倍(bei)。很多用戶(hu)受現場環(huan)境條件的(de)限制，無法(fa)建造足夠(gou)長度的行(hang)進渠道進(jin)行整流，造(zao)成流量計(ji)處的流場(chang)條件十分(fen)惡劣，無法(fa)滿足明渠(qu)流量計的(de)正常使用(yong)。針對🧡這種(zhong)情況，有兩(liang)種方式可(ke)以進行改(gai)善。一種方(fang)式爲:在💞流(liu)量計的前(qian)端增加整(zheng)流格栅，減(jian)小水流的(de)波動，但通(tong)過現場試(shi)驗觀察，效(xiao)果有限;另(ling)一種方式(shi)爲:在渠道(dao)旁邊設置(zhi)一靜水井(jing)，由連通管(guan)與渠道水(shui)流相通，靜(jing)水井底應(ying)低于渠道(dao)中最低水(shui)位150mm，連通管(guan)管底距井(jing)底至少300mm,靜(jing)水井頂面(mian)應大于⭕預(yu)計最高水(shui)位300mm,這樣靜(jing)水井内的(de)水位與渠(qu)道中水位(wei)相同，把渠(qu)道中的漩(xuan)渦和水流(liu)的脈動進(jin)行了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻隔🥵離(li)，同時也能(neng)大大減少(shao)水面的泡(pao)沫。現🏃場試(shi)驗驗證，這(zhe)種方式能(neng)夠有效改(gai)善液面不(bu)穩的情🏃‍♂️況(kuang)，保證液位(wei)測量的重(zhong)複性要求(qiu)。
2.4堰槽的幾(ji)何尺寸
　　堰(yan)槽幾何尺(chi)寸的誤差(cha)對測量結(jie)果精度的(de)影響主要(yao)有兩個方(fang)👨‍❤️‍👨面:一是改(gai)變了流量(liang)計算的數(shu)學模型✉️，造(zao)成流量計(ji)二次儀表(biao)計算的顯(xian)示值産生(sheng)誤差，這種(zhong)影響我們(men)通過兩個(ge)實例可以(yi)看到。由表(biao)2可以看出(chu)，堰槽幾何(he)尺寸誤🔴差(cha)的增大🚩可(ke)以造成流(liu)量測量誤(wu)差的增大(da)，且影響量(liang)不斷遞增(zeng);二是♊影響(xiang)到了水🐆流(liu)經過堰槽(cao)時的水位(wei)，從而對液(ye)位的測量(liang)産⛷️生附💘加(jia)誤差。
 
　　造成(cheng)堰槽幾何(he)尺寸誤差(cha)的原因有(you)三點:一是(shi)制造精度(du)問題，一些(xie)企業爲了(le)節省成本(ben)，自己加工(gong)堰闆和槽(cao)體，由👅于條(tiao)🙇‍♀️件所限無(wu)法保證加(jia)工精度，造(zao)成堰槽的(de)實物與設(she)計尺寸😍産(chan)生誤差;二(er)是安裝技(ji)術問題，一(yi)些流🈲量計(ji)的堰闆和(he)槽體在安(an)裝過程中(zhong)，由于🐆施工(gong)者的操作(zuo)因素造成(cheng)安裝尺寸(cun)誤💃差，或是(shi)施工經驗(yan)和溫度原(yuan)因影響，造(zao)成堰闆和(he)槽體受渠(qu)壁擠壓産(chan)生形❓變;三(san)是用戶主(zhu)觀因素，一(yi)些企業爲(wei)了省事，在(zai)已建好的(de)不規📧則的(de)渠道中安(an)裝明渠流(liu)量計，爲了(le)适應渠道(dao)，隻能将标(biao)準的堰闆(pan)或槽體進(jin)行改造，造(zao)成幾何尺(chi)寸的偏差(cha)。
2.5水位一流(liu)量轉換誤(wu)差
　　水位-流(liu)量轉換誤(wu)差直接影(ying)響流量計(ji)的顯示值(zhi)，其産🚩生的(de)主👉要原因(yin)爲:明渠流(liu)量計通過(guo)液位傳感(gan)器得到的(de)是原始💁信(xin)号爲液位(wei)信号，需通(tong)過二次儀(yi)表把液位(wei)信号轉換(huan)爲流🔅量值(zhi)。由于明渠(qu)流量計的(de)數🎯學模型(xing)都比較複(fu)雜，儀表一(yi)般使用查(cha)表法把液(ye)位💚轉換成(cheng)流量。即每(mei)測到一一(yi)個液位，到(dao)存儲器内(nei)找對應液(ye)位點的流(liu)量替代。如(ru)果測到的(de)液位在水(shui)位✍️流量表(biao)中兩點液(ye)位之間，用(yong)線性插值(zhi)法算出對(dui)應的流量(liang)(3]。因此，設置(zhi)水位-流量(liang)表的點數(shu)越多，轉換(huan)精度越高(gao)。
　　通過現場(chang)試驗，取兩(liang)個主要廠(chang)家軟件數(shu)據庫内的(de)水位🤞一流(liu)♌量表進行(hang)驗證，具體(ti)數據如圖(tu)4所示。
 
　　通過(guo)圖4可以看(kan)出:廠家一(yi)的軟件設(she)置爲30點對(dui)照，且液🌍位(wei)點均勻分(fen)布，而廠家(jia)二設置爲(wei)10點，不均勻(yun)分布，則廠(chang)家一🚶顯示(shi)的水位流(liu)量轉換誤(wu)差明顯小(xiao)于廠家二(er)。
3結論
　　污水(shui)流量監測(ce)數據的精(jing)度，受到多(duo)方面因素(su)的影⭐響，在(zai)配🌍套設施(shi)方面，需要(yao)保證行進(jin)渠道的長(zhang)度,正确設(she)立靜水井(jing)☎️。在一次元(yuan)件方面，需(xu)選擇合适(shi)的堰⚽;槽類(lei)型，堰槽尺(chi)寸保證一(yi)定的加工(gong)精度，液位(wei)傳感器滿(man)足相應精(jing)度要求;在(zai)二次儀表(biao)方面，需要(yao)正确的進(jin)行軟件☀️數(shu)據庫的設(she)計，通過這(zhe)些才能保(bao)證流量監(jian)測數據💋的(de)準确有效(xiao)。
　　通過上述(shu)分析,我們(men)看到實現(xian)污水流量(liang)監測的堰(yan)槽式明渠(qu)😄流量計，不(bu)僅僅是一(yi)個計量器(qi)具，而且作(zuo)爲一個計(ji)量系統牽(qian)涉到選型(xing)、設計、加工(gong)、建築、安裝(zhuang)、調試和設(she)置，--旦建造(zao)成型，出現(xian)誤差後很(hen)難從根本(ben)☁️上進行糾(jiu)正，并且在(zai)現場受到(dao)各種環境(jing)條件的影(ying)響，使用中(zhong)需🔅要經常(chang)維護。因此(ci)，作爲強制(zhi)檢定的涉(she)及環境保(bao)護的計量(liang)器具，我們(men)計量部門(men)不僅要按(an)時周期檢(jian)定，更應🐆該(gai)積極參與(yu)到環境監(jian)測部門對(dui)🙇‍♀️自動監測(ce)設備驗收(shou)🔱和日常核(he)查等技術(shu)文件的制(zhi)定中，從而(er)保證環境(jing)監測數據(ju)的真實、準(zhun)确和有效(xiao)，爲實現環(huan)境保護，減(jian)少污染做(zuo)出應有的(de)貢獻。

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