摘要(yao):簡述了污(wū)水自動監(jian)測系統中(zhong)流量測量(liàng)的原理和(hé)👅組成🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，通過(guò)對标準巴(ba)歇爾槽明(míng)渠流量計(ji) 流量計算(suàn)數學模型(xíng)的分析，總(zong)結出污水(shuǐ)在線監測(ce)♻️系統中影(yǐng)響流量測(ce)量精度的(de)5項主要因(yīn)素，并對各(gè)項因素進(jìn)行了🈚相應(ying)的技術分(fèn)析。
0引言
　　随(suí)着環境污(wū)染問題日(ri)益嚴重，我(wǒ)國對建立(lì)環境管理(li)🔞體系，加大(dà)環境監測(ce)力度提出(chū)了更高要(yao)求。目前，國(guó)内重點排(pái)污企業㊙️均(jun1)安裝了污(wū)水自動監(jiān)測系統💁，保(bǎo)證污💚水排(pai)放的數據(jù)能夠實時(shí)，上傳至市(shi)、省環境監(jiān)測部門和(he)國家環保(bǎo)主管部門(mén)。爲了保證(zhèng)上傳數據(jù)的有效性(xing)，國家環保(bao)部發布了(le)HJ/T355-2007《水污⚽染源(yuán)在線監🏃測(cè)系統運行(hang)與考核技(jì)術規範》和(he)HJ/T356-2007《水污染源(yuan)在線監📧測(ce)數據有效(xiào)性判♈别技(ji)術規範》等(děng)規範性文(wen)件。這些文(wén)🌏件對有關(guān)水質的🏒監(jiān)測數據(如(ru)化學☎️需氧(yang)量COD。、氨氮NH,-N、總(zong)磷TP、pH值)等，詳(xiáng)細規定了(le)試驗項目(mu)和數據要(yao)求🏒1-2],但對如(ru)何保證水(shui)量的流量(liang)監測數據(jù)的正确，卻(què)沒做要求(qiú)。
　　随着主要(yao)污染物總(zong)量減排監(jian)測要求的(de)提出，這種(zhong)情況8益被(bei)發現和重(zhong)視。2013年底環(huan)境監測部(bu)門已有人(ren)提出關于(yú)污水流量(liang)監測質量(liang)監督檢查(cha)的技術和(hé)方法3。但從(cong)流量♌計量(liang)專業的角(jiao)度來看，環(huán)監部門提(tí)出的方法(fa)僅對相關(guan)計量檢定(ding)🏃‍♀️規程項目(mu)進行了簡(jian)🐇化和重組(zǔ)，并沒有進(jin)行深人的(de)計量技術(shu)分析，無法(fa)😍保證現場(chǎng)流量數據(jù)的精度。而(ér)本文則根(gēn)據現場檢(jiǎn)定明渠污(wū)☀️水流量計(jì)的大量樣(yang)本數✌️據，做(zuo)出了一定(ding)的分析，爲(wèi)進一步正(zheng)确實現污(wu)水流量🎯在(zài)線監測打(dǎ)下了--定的(de)基礎。
1污水(shuǐ)流量測量(liàng)
1.1原理及組(zu)成
　　由于排(pái)污口标準(zhǔn)化和視頻(pin)監控的需(xū)要，污水流(liu)量自動監(jiān)♉測系🏃‍♂️統以(yi)堰槽式明(ming)渠流量計(ji)爲流量計(jì)量的主❓要(yào)方式。堰槽(cáo)式明渠♌流(liú)量計的原(yuán)理是在明(ming)渠中設置(zhì)标準量水(shuǐ)堰槽(如巴(ba)歇爾量水(shui)槽和矩形(xíng)薄壁堰等(deng))，并按規定(dìng)位🔞置測量(liang)水位，則流(liú)過堰槽的(de)流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量與水(shui)位呈單值(zhí)關系，根據(ju)相應流量(liang)公式或經(jīng)驗關系式(shì)，将測出的(de)水位值換(huan)算成流量(liàng)值。流量計(ji)由标準量(liang)水堰槽和(hé)👌液位流量(liang)轉換儀表(biǎo)(二次儀表(biao))所組🔴成。如(ru)圖1所示。
 
　　據(jù)統計，本次(ci)試驗污水(shui)流量自動(dong)監測系統(tong)共計338台堰(yàn)槽式明渠(qú)流量計。其(qi)中，巴歇爾(ěr)槽式占68.2%,矩(jǔ)形薄壁堰(yan)占14.5%，其他堰(yàn)槽類型占(zhàn)17.3%，本文以标(biāo)準巴歇爾(ěr)槽明渠流(liú)量計爲例(li)進行分析(xi)👅。
1.2标準巴歇(xie)爾槽明渠(qú)流計算的(de)數學模型(xing)
　　标準巴歇(xiē)爾槽流量(liang)Q按下式計(jì)算:
 
　　式中:C爲(wei)流量系數(shu);b爲喉道寬(kuān)度，m;ha爲實測(ce)液位，m。
　　由标(biao)準巴歇爾(er)槽明渠流(liú)量計的基(ji)本原理和(he)流量計⛱️算(suàn)♌公式可知(zhi)，流量測量(liàng)的精度直(zhi)接依賴于(yú)流量系數(shù)C的精度、喉(hou)道寬度測(ce)量的精度(du)和實測液(yè)位的精度(dù)。其中，實測(ce)液位的精(jīng)度評估又(you)包🔞含三個(gè)因素㊙️的影(ying)響:液🏃‍♀️位計(jì)測量的精(jing)度、測量液(ye)位計♍零點(diǎn)的儀器的(de)測量精度(dù)和液面的(de)擾動情況(kuàng)。
2現場流量(liàng)測量精度(dù)的影響因(yin)素
　　通過上(shang)述分析，我(wo)們可以總(zǒng)結出基于(yu)明渠流量(liang)計的污🏃‍♀️水(shuǐ)🌂在線監測(cè)系統中，影(yǐng)響流量測(ce)量精度的(de)主要因📧素(sù)有㊙️以下幾(jǐ)個方面:
1)堰(yan)槽的類型(xing)，主要确定(dìng)流量系數(shù)的測量精(jīng)度;
2)實測液(yè)位的精度(dù)，主要取決(jue)于液位計(jì)測量的精(jīng)度和測量(liang)液位❓計零(ling)點的儀器(qi)的測量精(jīng)度;
3)液位測(ce)量的重複(fu)性，由液面(mian)的擾動或(huò)平穩程度(dù)決定，主要(yào)影響🔱多次(ci)液位測量(liang)讀數的平(píng)均值的測(cè)量♈精度;
4)堰(yàn)槽的幾何(he)尺寸，主要(yao)取決于喉(hou)道寬度(或(huò)其他堰槽(cáo)中的闆、槽(cao)尺寸)的測(ce)量儀器的(de)精度;
5)水位(wei)-流量轉換(huàn)誤差，由流(liu)量計二次(ci)儀表的軟(ruan)件産🔴生。由(you)于各種堰(yan)槽明渠流(liu)量計的流(liú)量計算公(gōng)式涉及多(duō)個參數，流(liu)量計生産(chǎn)㊙️　　廠家在軟(ruan)件系統進(jìn)行換算時(shi)，各🎯個參數(shu)根據不同(tong)的設計尺(chi)寸範圍以(yǐ)數據庫函(hán)數的方式(shi)進行🧑🏾‍🤝‍🧑🏼存儲(chǔ)，由于👅存儲(chǔ)空間的限(xian)制造成無(wu)法足夠精(jing)确的設置(zhi)參數，因此(ci)造成流量(liàng)計顯示值(zhi)的誤差。
2.1堰(yàn)槽的類型(xing)
　　明渠流量(liàng)計在進行(háng)堰槽選擇(zé)時,現場主(zhu)要考慮流(liu)量範圍和(he)設計施工(gong)難度等因(yin)素。根據國(guó)家計量檢(jiǎn)定規程JJG771-1990《明(míng)渠堰槽流(liu)量計試行(háng)檢定規程(chéng)》[5]和各種類(lei)型堰槽的(de)相關🚶‍♀️ISO國際(ji)标準[6-10]，幾種(zhong)常用堰槽(cáo)的流量範(fan)圍和流量(liàng)系數所引(yǐn)入的測量(liàng)誤差如表(biǎo)1所示。
 
　　通過(guo)表1可知，幾(ji)種堰槽的(de)流量系數(shù)所引入的(de)測量誤差(chà)相⭕差💃🏻不大(dà)，各種堰槽(cao)類型在技(ji)術上并無(wú)高下之分(fèn)。在綜🌈合考(kǎo)慮流🔞量适(shi)用範圍和(he)現場設計(jì)施工難度(dù)後，巴歇爾(ěr)槽和薄壁(bi)堰具有--定(ding)的優勢。兩(liang)者相比，薄(báo)壁堰的優(yōu)點是制作(zuò)方便，安裝(zhuang)簡單，缺點(dian)是水🤞頭損(sǔn)失較大，污(wū)水中的泥(ní)沙和懸浮(fu)物容易在(zài)堰前沉積(ji)使水位提(ti)高而影響(xiǎng)測量的精(jing)度。巴歇爾(ěr)槽的優點(dian)是測量範(fan)圍寬，水頭(tou)損失小，污(wu)水中懸浮(fú)物不易沉(chén)積，但加工(gōng)和安🌐裝較(jiao)爲複雜”。
2.2液(ye)位測量的(de)精度
　　明渠(qu)流量計中(zhōng)的實際液(ye)位測量涉(she)及液位計(ji)零點(即液(yè)位零點)和(he)液位計測(ce)量精度等(deng)兩個方面(miàn)，早期的浮(fu)🔱子式液位(wei)計由于測(ce)量精度太(tài)低已經被(bèi)淘汰，壓力(li)式液位計(ji)由于易受(shòu)污水腐蝕(shí)和🌂沉積物(wu)覆蓋影響(xiang)也較少使(shǐ)用"，現在主(zhu)要使🏃用超(chāo)聲波液位(wèi)計。超㊙️聲波(bo)測液位🔞爲(wèi)非接觸式(shi)測量，可以(yi)不受液體(tǐ)性質✌️的影(ying)響，但液體(ti)表面浮沫(mo)和固⛷️體漂(piāo)浮物較多(duo)時也會受(shou)到影響。
　　本(běn)次試驗的(de)明渠流量(liang)計全部采(cai)用的超聲(sheng)波液位計(ji),廠‼️家标稱(cheng)的測量精(jīng)度爲不大(da)于3mm,滿足環(huán)保行業标(biao)準HJ/T15-2007《環境保(bao)護産品技(ji)術要求超(chao)聲波明渠(qu)污水流量(liang)計》中對液(yè)位測量誤(wù)差的要求(qiú)[12]。但實際測(ce)量結果卻(que)相差很大(dà)，具體數✊據(jù)如圖2所示(shi)。
 
　　試驗發現(xian)，現場使用(yòng)的超聲波(bo)液位計問(wèn)題很多。零(ling)點不準的(de)原⁉️因主要(yào)在于液位(wèi)計安裝時(shí)沒有做好(hǎo)零點的設(shè)💔置和🏃校準(zhǔn)。水位超差(chà)的原因一(yī)部分在于(yú)液位計安(an)裝後沒有(yǒu)做好現場(chang)校準，另一(yi)部分在于(yu)液位計使(shǐ)用過程中(zhong)傳感器探(tàn)頭老化，測(cè)量精度不(bú)💜達标。
2.3液位(wèi)測量的重(zhong)複性
　　明渠(qú)流量計液(yè)位測量的(de)重複性主(zhu)要取決于(yu)液面🍉的穩(wen)定程度。液(yè)面平穩時(shi)，液位測量(liàng)的重複性(xìng)就容易達(da)标;反之，水(shui)流不🙇🏻平穩(wěn)，有大量漩(xuán)渦、波浪、泡(pao)沫時，液位(wèi)測量的重(zhong)複性就不(bú)滿足要求(qiú)。具㊙️體情況(kuàng)如圖3所示(shi)。
 
　　上述水流(liu)不平穩的(de)情況，主要(yào)原因是明(míng)渠流量計(jì)安裝位置(zhi)☎️前端的行(hang)進渠道長(zhang)度不滿足(zu)要求。根據(ju)✉️規程要求(qiu)，巴歇爾槽(cáo)♉的安裝條(tiao)件爲前端(duan)順直行進(jin)🏃🏻‍♂️渠道長🌂度(du)應不小于(yu)5倍的行進(jìn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼渠道寬度(dù)，而薄壁堰(yàn)則要求爲(wei)10倍。很多用(yòng)🙇🏻戶受現場(chǎng)環境條件(jiàn)的限制，無(wu)法建造足(zu)夠長度的(de)行進渠道(dào)進行整👌流(liú)，造成流量(liàng)🏃🏻‍♂️計處的流(liú)場條件十(shí)分惡劣，無(wu)法滿足明(ming)渠流量計(jì)的正常使(shǐ)用。針對🌈這(zhè)種情況，有(yǒu)兩種🔞方式(shì)可以進行(háng)改善。一種(zhǒng)方式爲:在(zài)✍️流量計的(de)前端增加(jia)整流格栅(shan)，減小水流(liú)🔴的波動，但(dàn)通過現場(chǎng)試驗觀察(cha)，效果有限(xiàn)⛱️;另一種方(fang)式爲:在渠(qu)道旁邊設(she)置一靜水(shuǐ)井，由連通(tong)管與渠道(dao)水流相通(tōng)，靜水井底(di)應低于渠(qú)道中最低(di)水位150mm，連通(tong)管管底距(jù)井底✔️至少(shao)300mm,靜水井頂(ding)面應大于(yu)🏃‍♂️預計最高(gao)水位300mm,這樣(yàng)靜水井内(nei)的水位與(yǔ)渠道中水(shuǐ)位相同，把(ba)渠道中的(de)漩渦和水(shui)流的🌈脈動(dong)進行了🍓隔(ge)☀️離，同時也(yě)能大大減(jian)少水面的(de)泡沫。現👣場(chǎng)試驗驗證(zheng)✔️，這種方式(shi)能夠有效(xiào)改善🌐液面(miàn)不穩的情(qíng)🍓況，保證液(ye)位測量的(de)重複性要(yao)求。
2.4堰槽的(de)幾何尺寸(cun)
　　堰槽幾何(hé)尺寸的誤(wu)差對測量(liang)結果精度(du)的影響主(zhǔ)要🌍有兩個(ge)方面:一是(shi)改變了流(liu)量計算的(de)數學模型(xing)，造成流量(liang)計二次儀(yí)表計算的(de)顯示值産(chǎn)生誤差，這(zhe)種影響♻️我(wo)們通過兩(liǎng)個實例可(kě)以看到。由(you)表2可以看(kàn)出，堰槽幾(ji)何尺寸誤(wu)差的增大(dà)可以造成(cheng)⚽流量測量(liang)🔞誤差的增(zeng)大，且影響(xiǎng)量不斷遞(di)增;二是影(ying)響到了水(shui)流經過堰(yan)槽時的水(shuǐ)位，從而對(duì)液位的測(ce)量産🌈生附(fu)加誤差。
 
　　造(zao)成堰槽幾(jǐ)何尺寸誤(wu)差的原因(yin)有三點:一(yi)是制造精(jing)度問題，一(yī)些企業爲(wèi)了節省成(chéng)本，自己加(jiā)工堰闆🤩和(he)槽體，由💛于(yú)條件所限(xiàn)無法保證(zhèng)加工精度(dù)，造成堰槽(cao)的實💔物與(yǔ)設😍計尺寸(cùn)💔産生誤🌈差(chà);二是安裝(zhuāng)技術問🔴題(tí)，一些流量(liang)計的堰闆(pan)和槽體💯在(zai)安裝過程(cheng)中，由于施(shi)工者的操(cao)作因素造(zao)成安裝尺(chǐ)寸誤差，或(huo)是施工🛀🏻經(jing)驗和溫度(du)原因影響(xiang)，造成堰闆(pǎn)和槽體受(shou)渠壁擠壓(ya)産生形變(biàn);三是用戶(hù)主🐉觀因素(su)，一些企業(yè)爲了省事(shi)🏃🏻，在已建好(hǎo)的不規則(zé)的渠道中(zhōng)安裝明渠(qu)流量計🏒，爲(wèi)了适應💋渠(qu)道，隻能将(jiang)标準的堰(yan)闆或槽體(tǐ)進行改㊙️造(zao)，造成幾何(he)尺寸的偏(piān)差。
2.5水位一(yī)流量轉換(huàn)誤差
　　水位(wèi)-流量轉換(huàn)誤差直接(jiē)影響流量(liàng)計的顯示(shi)值，其産生(shēng)的主🌍要原(yuan)因爲:明渠(qu)流量計通(tōng)過液位傳(chuán)感器🤟得到(dao)的是原始(shi)信号爲液(yè)位信号，需(xū)通過二次(ci)儀表把液(ye)位信号轉(zhuan)換爲流㊙️量(liàng)值。由于明(míng)渠流量計(ji)的數學模(mo)型都☂️比較(jiao)複雜，儀表(biao)一般使用(yòng)查表🔞法把(bǎ)液位🏃🏻‍♂️轉換(huan)成流量。即(jí)每測到一(yi)一個液位(wei)，到存儲器(qi)内找對應(ying)液位點的(de)流量替代(dai)。如果測到(dào)的液位在(zai)水位流量(liàng)表中兩點(dian)液位之間(jian)，用線性插(cha)值法算出(chū)對應♌的流(liú)量(3]。因此，設(shè)置水㊙️位-流(liú)量表的點(diǎn)數越🐉多，轉(zhuǎn)換精度越(yue)高。
　　通過現(xian)場試驗，取(qu)兩個主要(yao)廠家軟件(jian)數據庫内(nèi)的水位一(yi)♉流量表進(jin)行驗證，具(ju)體數據如(rú)圖4所示。
 
　　通(tong)過圖4可以(yǐ)看出:廠家(jia)一的軟件(jian)設置爲30點(dian)對照，且液(yè)位點均勻(yun)分布，而廠(chang)家二設置(zhì)爲10點，不均(jun)勻分布，則(ze)廠😍家一顯(xian)示的水位(wèi)流☀️量轉換(huàn)誤差明顯(xian)小于廠家(jia)二。
3結論
　　污(wu)水流量監(jian)測數據的(de)精度，受到(dào)多方面因(yīn)素的影響(xiǎng)，在配套設(she)施方面，需(xu)要保證行(hang)進渠道的(de)長度,正确(que)設立靜水(shui)井。在一次(cì)元件方面(mian)，需選擇合(hé)适的堰;槽(cao)類型，堰槽(cáo)尺寸保證(zheng)一定的加(jia)工精度，液(yè)位傳感器(qi)滿足相應(yīng)精度要求(qiú);在二次儀(yi)表方面，需(xu)要正确的(de)進行軟件(jian)數據庫的(de)設計，通過(guò)這些才能(néng)保證流☎️量(liang)監測數據(ju)😍的準确有(yǒu)效。
　　通過上(shang)述分析,我(wo)們看到實(shí)現污水流(liu)量監測的(de)堰槽📞式明(míng)渠流量計(jì)，不僅僅是(shì)一個計量(liang)器具，而且(qie)作爲一個(ge)計量系統(tong)牽涉到選(xuǎn)型、設計、加(jia)工、建築、安(an)裝、調試和(hé)設置，--旦建(jiàn)造成型，出(chū)現♉誤差後(hòu)很難從根(gen)本上進行(hang)糾正，并且(qiě)在現場受(shou)到各種環(huan)境條件的(de)影🌈響，使用(yòng)中需要經(jīng)常維護。因(yin)此，作爲強(qiang)制檢定的(de)涉及環境(jìng)保護的計(ji)量器具，我(wǒ)們🤩計量部(bù)門不僅🌂要(yào)按時周期(qī)檢定，更應(ying)👄該積極參(can)與到環境(jing)監測部門(men)對自動監(jian)測設備驗(yàn)收和日常(cháng)核查等技(ji)術文件的(de)制定中，從(cóng)而保證環(huan)境監測數(shu)據的真實(shí)、準确和有(yǒu)效，爲實現(xiàn)環境保護(hù)⛷️，減少污染(ran)做出應有(yǒu)的貢獻。

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