摘要(yao):簡述了(le)污水自(zi)動監測(ce)系統中(zhong)流量測(ce)量的原(yuan)理和組(zu)成，通過(guo)對标準(zhun)巴歇爾(er)槽明渠(qu)流量計(ji) 流量計(ji)算數學(xue)模型的(de)分析，總(zong)結出污(wu)水在線(xian)監測系(xi)統中影(ying)響流量(liang)測量精(jing)度的5項(xiang)主要因(yin)素，并對(dui)各項因(yin)素進行(hang)了相應(ying)的技術(shu)分析。
0引(yin)言
　　随着(zhe)環境污(wu)染問題(ti)日益嚴(yan)重，我國(guo)對建立(li)環境管(guan)理⭕體系(xi)，加☀️大環(huan)境監測(ce)力度提(ti)出了更(geng)高要求(qiu)。目前，國(guo)内重點(dian)排污企(qi)業均安(an)裝了污(wu)水自動(dong)監測系(xi)統，保證(zheng)污水排(pai)放📧的數(shu)據能夠(gou)實時，上(shang)傳至市(shi)、省環境(jing)監測部(bu)門🏃和國(guo)家環保(bao)主管部(bu)門。爲了(le)保❓證上(shang)傳數⚽據(ju)的有效(xiao)性💰，國家(jia)環保部(bu)發布了(le)HJ/T355-2007《水污染(ran)源在線(xian)監測系(xi)統運行(hang)與㊙️考核(he)技術規(gui)範》和HJ/T356-2007《水(shui)污染源(yuan)在線監(jian)測數據(ju)有效性(xing)判🏃🏻‍♂️别技(ji)術規範(fan)》等規範(fan)性文件(jian)。這些文(wen)🔴件對有(you)關水質(zhi)的監測(ce)數據(如(ru)化學需(xu)氧量COD。、氨(an)氮NH,-N、總磷(lin)TP、pH值)等🔴，詳(xiang)細規定(ding)了試驗(yan)項目和(he)數據要(yao)求🎯1-2],但對(dui)如何保(bao)證水量(liang)的流量(liang)監測數(shu)據的正(zheng)确，卻沒(mei)做要求(qiu)。
　　随着主(zhu)要污染(ran)物總量(liang)減排監(jian)測要求(qiu)的提出(chu)，這種情(qing)況8益被(bei)☎️發現和(he)重視。2013年(nian)底環境(jing)監測部(bu)門已有(you)人提出(chu)關于污(wu)水流量(liang)監測質(zhi)量監督(du)檢查的(de)技術和(he)方法3。但(dan)從流量(liang)計量專(zhuan)業的角(jiao)度來看(kan)👨‍❤️‍👨，環監部(bu)門提出(chu)的方法(fa)僅對相(xiang)關🔴計量(liang)檢定規(gui)程項目(mu)進行了(le)簡化和(he)重組，并(bing)沒有進(jin)行深人(ren)的計量(liang)技術分(fen)析，無法(fa)保證現(xian)場流量(liang)數據的(de)精度。而(er)本文則(ze)根據現(xian)場檢定(ding)明渠污(wu)水流量(liang)💰計的大(da)量樣本(ben)數據，做(zuo)出了一(yi)定🥰的分(fen)析，爲進(jin)一步正(zheng)☔确實現(xian)污水流(liu)量在線(xian)監測打(da)下了--定(ding)的基礎(chu)。
1污水流(liu)量測量(liang)
1.1原理及(ji)組成
　　由(you)于排污(wu)口标準(zhun)化和視(shi)頻監控(kong)的需要(yao)，污水流(liu)量自動(dong)監🏃🏻‍♂️測系(xi)統以堰(yan)槽式明(ming)渠流量(liang)計爲流(liu)量計量(liang)✌️的主要(yao)方式。堰(yan)槽式明(ming)渠流量(liang)計的原(yuan)理是在(zai)明渠中(zhong)設置标(biao)準量水(shui)堰槽(如(ru)巴歇爾(er)量水槽(cao)和矩形(xing)薄壁堰(yan)等)，并按(an)規定位(wei)置測量(liang)水位，則(ze)流過堰(yan)槽的流(liu)量與水(shui)位呈單(dan)值關系(xi)，根據相(xiang)應流量(liang)公式或(huo)經驗💰關(guan)系式，将(jiang)測🐆出的(de)水位值(zhi)換算成(cheng)流量值(zhi)。流量計(ji)由标準(zhun)量水堰(yan)槽和🍉液(ye)位流量(liang)轉換儀(yi)表(二次(ci)儀表)所(suo)組成。如(ru)圖1所示(shi)。
 
　　據統計(ji)，本次試(shi)驗污水(shui)流量自(zi)動監測(ce)系統共(gong)計338台堰(yan)槽✊式明(ming)渠流量(liang)計。其中(zhong)，巴歇爾(er)槽式占(zhan)68.2%,矩形薄(bao)壁堰占(zhan)14.5%，其他堰(yan)槽類型(xing)占17.3%，本💯文(wen)以标準(zhun)巴歇爾(er)槽明渠(qu)流量計(ji)爲例進(jin)行分析(xi)。
1.2标準巴(ba)歇爾槽(cao)明渠流(liu)計算的(de)數學模(mo)型
　　标準(zhun)巴歇爾(er)槽流量(liang)Q按下式(shi)計算:
 
　　式(shi)中:C爲流(liu)量系數(shu);b爲喉道(dao)寬度，m;ha爲(wei)實測液(ye)位，m。
　　由标(biao)準巴歇(xie)爾槽明(ming)渠流量(liang)計的基(ji)本原理(li)和流量(liang)計算公(gong)式可知(zhi)，流量測(ce)量的精(jing)度直接(jie)依賴于(yu)流量系(xi)數💃🏻C的精(jing)🔅度、喉道(dao)寬⭐度測(ce)量的精(jing)度和實(shi)測液位(wei)的👈精度(du)。其⛱️中，實(shi)測液位(wei)的精度(du)評估又(you)包含三(san)個因素(su)的影響(xiang):液位計(ji)測量的(de)精度、測(ce)🔱量液位(wei)計🍓零點(dian)的儀器(qi)的測量(liang)精度和(he)液面的(de)擾動情(qing)況。
2現場(chang)流量測(ce)量精度(du)的影響(xiang)因素
　　通(tong)過上述(shu)分析，我(wo)們可以(yi)總結出(chu)基于明(ming)渠流量(liang)計的污(wu)水在✔️線(xian)監測系(xi)統中，影(ying)響流量(liang)測量精(jing)度的主(zhu)要因素(su)有以下(xia)幾個方(fang)面:
1)堰槽(cao)的類型(xing)，主要确(que)定流量(liang)系數的(de)測量精(jing)度;
2)實測(ce)液位的(de)精度，主(zhu)要取決(jue)于液位(wei)計測量(liang)的精度(du)和測量(liang)液位計(ji)零點的(de)儀器的(de)測量精(jing)度;
3)液位(wei)測量的(de)重複性(xing)，由液面(mian)的擾動(dong)或平穩(wen)程度決(jue)定，主要(yao)影響多(duo)次液位(wei)測量讀(du)數的平(ping)均值的(de)測量精(jing)度;
4)堰槽(cao)的幾何(he)尺寸，主(zhu)要取決(jue)于喉道(dao)寬度(或(huo)其他堰(yan)槽中的(de)闆、槽尺(chi)寸)的測(ce)量儀器(qi)的精度(du);
5)水位-流(liu)量轉換(huan)誤差，由(you)流量計(ji)二次儀(yi)表的軟(ruan)件産生(sheng)。由⛱️于👌各(ge)種堰槽(cao)明渠流(liu)量計的(de)流量計(ji)算公式(shi)涉📞及多(duo)個參數(shu)，流💋量計(ji)✌️生産　　廠(chang)家在軟(ruan)件系統(tong)進行換(huan)算時，各(ge)個參數(shu)根據不(bu)👉同的設(she)計尺寸(cun)範圍以(yi)數據庫(ku)函數的(de)方式進(jin)行存儲(chu)，由于存(cun)儲空間(jian)🔴的限制(zhi)造㊙️成無(wu)法足夠(gou)精确的(de)設置參(can)數，因此(ci)造成流(liu)量計顯(xian)👌示值的(de)誤差👌。
2.1堰(yan)槽的類(lei)型
　　明渠(qu)流量計(ji)在進行(hang)堰槽選(xuan)擇時,現(xian)場主要(yao)考慮流(liu)量範圍(wei)和設計(ji)施工難(nan)度等因(yin)素。根據(ju)國家計(ji)量檢定(ding)規程JJG771-1990《明(ming)渠堰槽(cao)流量計(ji)試行檢(jian)定規程(cheng)》[5]和各種(zhong)類型堰(yan)槽的相(xiang)關ISO國際(ji)标準[6-10]，幾(ji)種常用(yong)堰槽的(de)流量範(fan)圍和流(liu)量系數(shu)所引💃🏻入(ru)的測量(liang)誤差如(ru)表🧑🏾‍🤝‍🧑🏼1所示(shi)。
 
　　通過表(biao)1可知，幾(ji)種堰槽(cao)的流量(liang)系數所(suo)引入的(de)測量誤(wu)差相差(cha)不大，各(ge)種堰槽(cao)類型在(zai)技術上(shang)并無高(gao)下之分(fen)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。在綜合(he)考🔞慮流(liu)量适✨用(yong)範圍和(he)現場設(she)計施工(gong)⭐難度後(hou)，巴歇爾(er)槽和薄(bao)壁堰具(ju)有--定的(de)優勢。兩(liang)者相比(bi)，薄壁堰(yan)的優點(dian)是制作(zuo)方便，安(an)裝簡單(dan)，缺點是(shi)水頭損(sun)失較大(da)，污水中(zhong)的泥沙(sha)和懸浮(fu)物容易(yi)在堰前(qian)沉積使(shi)水位提(ti)高而影(ying)響測量(liang)🐆的精度(du)。巴歇爾(er)槽的優(you)點是測(ce)量範圍(wei)寬，水頭(tou)損失小(xiao)，污水中(zhong)懸浮物(wu)不易沉(chen)積，但加(jia)工和安(an)裝較爲(wei)複雜”。
2.2液(ye)位測量(liang)的精度(du)
　　明渠流(liu)量計中(zhong)的實際(ji)液位測(ce)量涉及(ji)液位計(ji)零點(即(ji)液位💋零(ling)點)和液(ye)位計測(ce)量精度(du)等兩個(ge)方面，早(zao)期的浮(fu)子式液(ye)位✉️計由(you)♋于測量(liang)精度太(tai)低已經(jing)被淘汰(tai)，壓力式(shi)液位計(ji)由于易(yi)受污水(shui)腐蝕和(he)沉積物(wu)覆蓋影(ying)響也較(jiao)少使用(yong)"，現在主(zhu)要使用(yong)超聲波(bo)液位計(ji)。超✂️聲波(bo)測液位(wei)爲非接(jie)觸式測(ce)量，可以(yi)不受液(ye)體性質(zhi)🐆的影響(xiang)，但液體(ti)🔞表面浮(fu)沫和固(gu)體漂浮(fu)物較多(duo)時也會(hui)受到影(ying)響。
　　本次(ci)試驗的(de)明渠流(liu)量計全(quan)部采用(yong)的超聲(sheng)波液位(wei)計,廠家(jia)标稱的(de)測量精(jing)度爲不(bu)大于3mm,滿(man)足環保(bao)行業标(biao)準🌍HJ/T15-2007《環境(jing)💚保護産(chan)品👨‍❤️‍👨技術(shu)要求超(chao)聲波明(ming)渠污水(shui)流量計(ji)》中對液(ye)位測量(liang)誤差的(de)要求[12]。但(dan)實際測(ce)量結果(guo)卻相差(cha)很大，具(ju)體數據(ju)如圖2所(suo)🙇🏻示。
 
　　試驗(yan)發現，現(xian)場使用(yong)的超聲(sheng)波液位(wei)計問題(ti)很多。零(ling)點不準(zhun)的原因(yin)主要在(zai)于液位(wei)計安裝(zhuang)時沒有(you)做好零(ling)點的設(she)置和校(xiao)準。水位(wei)超差的(de)原因一(yi)部分在(zai)于液位(wei)計安裝(zhuang)後沒有(you)做好現(xian)場校準(zhun)，另一部(bu)分在于(yu)液位計(ji)使用過(guo)程中傳(chuan)感器探(tan)🌈頭老化(hua)，測量精(jing)度不達(da)标。
2.3液位(wei)測量的(de)重複性(xing)
　　明渠流(liu)量計液(ye)位測量(liang)的重複(fu)性主要(yao)取決于(yu)液面的(de)穩🐉定程(cheng)度🌈。液面(mian)平穩時(shi)，液位測(ce)量的重(zhong)複性就(jiu)容易達(da)标;反♈之(zhi)，水流不(bu)平穩，有(you)大量漩(xuan)渦、波浪(lang)、泡沫時(shi)🔆，液位測(ce)量的重(zhong)複性就(jiu)不滿足(zu)✊要求。具(ju)體情況(kuang)如圖3所(suo)示。
 
　　上述(shu)水流不(bu)平穩的(de)情況，主(zhu)要原因(yin)是明渠(qu)流量計(ji)安裝位(wei)置🐅前端(duan)的行進(jin)渠道長(zhang)度不滿(man)足要求(qiu)。根據🔆規(gui)程要求(qiu)，巴歇爾(er)槽的安(an)裝條件(jian)爲前端(duan)順直行(hang)進渠道(dao)長度應(ying)不小于(yu)5倍的行(hang)進渠道(dao)寬度，而(er)薄壁堰(yan)則要求(qiu)爲10倍。很(hen)多用戶(hu)受現場(chang)環境條(tiao)件的限(xian)制，無🔴法(fa)建造足(zu)夠長度(du)的行進(jin)渠道進(jin)行整流(liu)，造成流(liu)量計處(chu)的流場(chang)條件十(shi)分惡劣(lie)，無法滿(man)足明渠(qu)流量計(ji)的正常(chang)使♍用。針(zhen)對🛀🏻這種(zhong)情況，有(you)兩種方(fang)式可以(yi)進行改(gai)善。一種(zhong)方式爲(wei):在流量(liang)計的前(qian)端增加(jia)⭐整流格(ge)栅，減小(xiao)水流的(de)波動，但(dan)通過現(xian)場試驗(yan)觀察，效(xiao)果有限(xian);另一種(zhong)方式爲(wei):在渠道(dao)旁邊設(she)置一靜(jing)水井，由(you)連通管(guan)與渠道(dao)水流相(xiang)通，靜水(shui)井底應(ying)低于渠(qu)道中最(zui)低水位(wei)150mm，連通管(guan)管底距(ju)井底至(zhi)少300mm,靜水(shui)井頂面(mian)應大于(yu)預計最(zui)高水位(wei)300mm,這樣靜(jing)水井内(nei)的水位(wei)與渠道(dao)中水位(wei)相同，把(ba)渠道中(zhong)的漩渦(wo)和水流(liu)的脈動(dong)進行了(le)隔離，同(tong)時也能(neng)大大減(jian)🈲少水面(mian)的泡沫(mo)。現場試(shi)驗驗證(zheng)⛹🏻‍♀️，這種方(fang)式能夠(gou)有效改(gai)善液面(mian)不穩的(de)情況，保(bao)證液位(wei)測量的(de)重複性(xing)要求。
2.4堰(yan)槽的幾(ji)何尺寸(cun)
　　堰槽幾(ji)何尺寸(cun)的誤差(cha)對測量(liang)結果精(jing)度的影(ying)響主要(yao)有兩個(ge)方面:一(yi)是改變(bian)了流量(liang)計算的(de)數學模(mo)型，造成(cheng)流量計(ji)二次儀(yi)表計算(suan)的顯示(shi)值産生(sheng)誤差，這(zhe)🚶‍♀️種影響(xiang)我們通(tong)過兩個(ge)👅實例可(ke)以看到(dao)。由表2可(ke)以看出(chu)，堰槽幾(ji)何尺寸(cun)誤差的(de)增大可(ke)以造成(cheng)流量測(ce)量🐕誤差(cha)的增大(da)😘，且影響(xiang)量不斷(duan)遞增;二(er)是影響(xiang)到了水(shui)🈲流經過(guo)堰槽時(shi)的水位(wei)，從而對(dui)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼液位的(de)測量産(chan)生附加(jia)誤差。
 
　　造(zao)成堰槽(cao)幾何尺(chi)寸誤差(cha)的原因(yin)有三點(dian):一是制(zhi)造精度(du)問題，一(yi)些企業(ye)爲了節(jie)省成本(ben)，自己加(jia)工堰闆(pan)和槽體(ti)，由于條(tiao)件所限(xian)無法保(bao)證加工(gong)精度，造(zao)成堰槽(cao)的實物(wu)與設計(ji)尺寸産(chan)生誤差(cha);二是安(an)裝技術(shu)問題，一(yi)些流量(liang)計的堰(yan)闆和槽(cao)體在安(an)裝過程(cheng)中，由于(yu)🙇‍♀️施工者(zhe)的操作(zuo)因素造(zao)成安裝(zhuang)尺寸誤(wu)差，或是(shi)施工👣經(jing)驗和溫(wen)度原因(yin)影響，造(zao)成堰♌闆(pan)和槽體(ti)受渠壁(bi)擠壓産(chan)生形📧變(bian);三是用(yong)戶主🆚觀(guan)因素，一(yi)些企業(ye)爲了省(sheng)事，在已(yi)建好的(de)不規則(ze)的渠道(dao)中安裝(zhuang)明渠流(liu)量計，爲(wei)了适應(ying)渠道，隻(zhi)能将标(biao)準的堰(yan)闆或槽(cao)體進行(hang)改造，造(zao)成幾何(he)尺寸的(de)偏差。
2.5水(shui)位一流(liu)量轉換(huan)誤差
　　水(shui)位-流量(liang)轉換誤(wu)差直接(jie)影響流(liu)量計的(de)顯示值(zhi)，其産生(sheng)的主要(yao)原因爲(wei):明渠流(liu)量計通(tong)過液位(wei)傳感器(qi)得到的(de)是💔原始(shi)信号爲(wei)液位信(xin)号，需通(tong)過二次(ci)儀表🈲把(ba)液位信(xin)号轉換(huan)爲流量(liang)值。由于(yu)明渠流(liu)量計的(de)數學模(mo)型都比(bi)較複雜(za)，儀表一(yi)般使用(yong)查表法(fa)把液位(wei)👅轉換成(cheng)流量。即(ji)每測到(dao)一一個(ge)液位，到(dao)🌍存儲器(qi)内找🔴對(dui)應液位(wei)點的流(liu)量替代(dai)。如果測(ce)到的液(ye)位在水(shui)位流量(liang)表中兩(liang)點液位(wei)之間，用(yong)線性插(cha)值法算(suan)出對應(ying)的流量(liang)(3]。因此，設(she)置水位(wei)-流量表(biao)的點數(shu)越多，轉(zhuan)換精度(du)越高。
　　通(tong)過現場(chang)試驗，取(qu)兩個主(zhu)要廠家(jia)軟件數(shu)據庫内(nei)的水位(wei)一流量(liang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼表進行(hang)驗證，具(ju)體數據(ju)如圖4所(suo)示。
 
　　通過(guo)圖4可以(yi)看出:廠(chang)家一的(de)軟件設(she)置爲30點(dian)對照，且(qie)液位點(dian)均勻分(fen)布，而廠(chang)家二設(she)置爲10點(dian)，不均勻(yun)分布，則(ze)廠家一(yi)顯示✊的(de)水位流(liu)量轉換(huan)誤差明(ming)顯小于(yu)廠家二(er)。
3結論
　　污(wu)水流量(liang)監測數(shu)據的精(jing)度，受到(dao)多方面(mian)因素的(de)影❗響，在(zai)配套🛀🏻設(she)施方面(mian)，需要保(bao)證行進(jin)渠道的(de)長度,正(zheng)确設立(li)靜水井(jing)。在一次(ci)元件方(fang)面，需選(xuan)擇合适(shi)的堰🔴;槽(cao)類型，堰(yan)槽尺🛀寸(cun)保證🈲一(yi)定的加(jia)工精度(du)，液位傳(chuan)感器滿(man)足相應(ying)精度要(yao)求;在二(er)次儀表(biao)方面，需(xu)要正确(que)👣的進行(hang)軟件數(shu)據庫的(de)設計，通(tong)過這些(xie)🔅才能保(bao)證流量(liang)監測數(shu)據的準(zhun)确有效(xiao)。
　　通過上(shang)述分析(xi),我們看(kan)到實現(xian)污水流(liu)量監測(ce)的堰槽(cao)式明渠(qu)流量計(ji)，不僅僅(jin)是一個(ge)計量器(qi)具，而且(qie)作爲一(yi)個計量(liang)系統牽(qian)涉到🛀🏻選(xuan)型、設計(ji)、加工、建(jian)築、安裝(zhuang)、調試和(he)設置，--旦(dan)建造成(cheng)型，出現(xian)誤差後(hou)💰很難從(cong)根本上(shang)進行糾(jiu)正，并且(qie)在現場(chang)受到各(ge)種環境(jing)條件的(de)影響，使(shi)用中需(xu)要經常(chang)維護。因(yin)此，作爲(wei)強制檢(jian)定的涉(she)及環境(jing)保護的(de)🚩計量器(qi)具，我們(men)計量部(bu)門不僅(jin)要按時(shi)周期檢(jian)定，更應(ying)該積極(ji)參與到(dao)環境監(jian)測部門(men)對自動(dong)監測設(she)備驗收(shou)和日常(chang)核查等(deng)技術文(wen)件的制(zhi)定中，從(cong)而保證(zheng)環境監(jian)測數據(ju)的真實(shi)、準确和(he)有效🥰，爲(wei)實現環(huan)境保護(hu)，減少污(wu)染做出(chu)應有的(de)貢獻。

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