摘要:簡述了(le)污水自動監(jiān)測系統中流(liu)量測量的原(yuan)理📐和組成🙇🏻，通(tōng)過對标準巴(bā)歇爾槽明渠(qu)流量計 流量(liàng)計算數學模(mó)型的分析，總(zong)結出污水在(zai)線監測🆚系統(tong)📱中影響流量(liang)測量精度的(de)5項主要因素(su)，并對各項因(yin)素進👈行了相(xiang)應👅的技術分(fen)析。
0引言
　　随着(zhe)環境污染問(wen)題日益嚴重(zhong)，我國對建立(li)環境管💁理體(tǐ)系，加大環境(jìng)監測力度提(ti)出了更高要(yào)求。目前，國内(nei)🈲重點🐕排污企(qi)業均安裝了(le)污水自動監(jiān)測系統，保證(zhèng)污水排放的(de)數據能夠實(shí)時，上傳至市(shi)、省環境監測(cè)部門和國家(jiā)環保主管部(bù)門。爲了保證(zheng)上傳數🐆據的(de)有效性，國家(jiā)環保部發布(bu)了HJ/T355-2007《水污染源(yuan)在線監♉測系(xi)統運行與考(kao)核技術規範(fan)》和HJ/T356-2007《水污染源(yuan)在線監測數(shù)據有效性判(pan)别技術♻️規範(fan)》等規範性文(wén)件。這些文❤️件(jiàn)對有關水質(zhi)的監測數據(ju)(如化學🥵需氧(yang)量COD。、氨氮NH,-N、總磷(lín)TP、pH值)等，詳細規(gui)定了試驗項(xiang)目和數據要(yao)求1-2],但對如何(hé)保證水量的(de)流量監測數(shù)據的正确，卻(què)沒做要🈚求。
　　随(sui)着主要污染(ran)物總量減排(pai)監測要求的(de)提出，這種情(qíng)況🤩8益被發現(xian)和重視。2013年底(dǐ)環境監測部(bù)門已有人提(tí)出😘關于污水(shui)🏃‍♀️流量🧡監測質(zhì)量監督檢查(cha)的技術和方(fāng)法3。但從流量(liang)計量專業的(de)角度來看，環(huán)監部門提出(chū)的方法僅對(duì)相關🌈計量檢(jiǎn)定規程項目(mu)進行了簡化(hua)和重組，并沒(méi)有進行深🆚人(ren)的計量技術(shù)分析，無法⭐保(bǎo)證現場流量(liang)數據的精度(du)。而本文則根(gen)據現💃場檢定(ding)明渠污水流(liú)量計的大量(liàng)樣本數據，做(zuo)出了一定的(de)分析，爲進一(yi)步正🌈确實現(xiàn)污水流量在(zai)線監測打💞下(xia)了--定的基礎(chǔ)。
1污水流量測(cè)量
1.1原理及組(zu)成
　　由于排污(wū)口标準化和(he)視頻監控的(de)需要，污水流(liú)量自動監💋測(cè)系統以堰槽(cao)式明渠流量(liàng)計爲流量計(ji)量的主要方(fang)式。堰🈲槽式明(ming)渠流量計的(de)原理是在明(míng)渠中設置🏃‍♀️标(biāo)準量水堰槽(cao)(如巴歇爾量(liang)水槽和矩形(xing)薄壁堰等)，并(bìng)🌈按規定位置(zhi)測量水位，則(ze)流過堰槽的(de)流量與水位(wei)呈❓單值關系(xì)，根據相應流(liu)量公式或經(jing)驗🏃‍♂️關系式，将(jiāng)測出的水位(wèi)值換算🌈成流(liu)量值。流量計(jì)由👉标準量水(shui)堰槽和😄液位(wei)流量轉換儀(yi)表(二次儀表(biǎo))所組成。如圖(tú)1所示。
 
　　據(jù)統計，本次試(shi)驗污水流量(liàng)自動監測系(xi)統共計338台堰(yan)槽式明🏃🏻渠流(liu)量計。其中，巴(bā)歇爾槽式占(zhàn)68.2%,矩形薄壁堰(yàn)占✌️14.5%，其他堰槽(cáo)類型占17.3%，本🌈文(wen)以标準巴歇(xiē)爾槽明渠流(liú)量計爲例進(jìn)🍓行分析。
1.2标準(zhun)巴歇爾槽明(ming)渠流計算的(de)數學模型
　　标(biao)準巴歇爾槽(cáo)流量Q按下式(shi)計算:
 
　　式中:C爲(wei)流量系數;b爲(wei)喉道寬度，m;ha爲(wei)實測液位，m。
　　由(yóu)标準巴歇爾(ěr)槽明渠流量(liàng)計的基本原(yuan)理和流量計(jì)算公式可知(zhī)，流量測量的(de)精度直接依(yi)賴于流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻系(xì)數C的精度、喉(hou)⛱️道寬度測量(liàng)的精度和實(shí)測液位的精(jing)度。其中，實測(ce)液位的精度(dù)評估又包🚩含(hán)三個因素的(de)影響:液位計(ji)測量的精度(du)、測量液位計(jì)零點的儀器(qì)的測量精度(du)和液面的🐪擾(rao)動情況。
2現場(chǎng)流量測量精(jing)度的影響因(yīn)素
　　通過上述(shù)分析，我們可(kě)以總結出基(jī)于明渠流量(liàng)計的污水在(zài)⁉️線監測系統(tong)中，影響流量(liang)測量精度的(de)主要因❗素有(yǒu)以下幾個方(fang)面:
1)堰槽的類(lei)型，主要确定(ding)流量系數的(de)測量精度;
2)實(shí)測液位的精(jīng)度，主要取決(jué)于液位計測(cè)量的精度和(he)測量液♻️位計(ji)零點的儀器(qi)的測量精度(du);
3)液位測量的(de)重複性，由液(ye)面的擾動或(huò)平穩程度決(jue)定👄，主👌要影響(xiǎng)🏃🏻‍♂️多次液位測(cè)量讀數的平(ping)均值的測量(liang)精度;
4)堰槽的(de)幾何尺寸，主(zhǔ)要取決于喉(hóu)道寬度(或其(qi)他堰槽中的(de)闆🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、槽尺寸)的(de)測量儀器的(de)精度;
5)水位-流(liú)量轉換誤差(chà)，由流量計二(èr)次儀表的軟(ruan)件産生。由于(yú)各種堰槽明(míng)渠流量計的(de)流量計算公(gōng)式涉及多個(gè)參數，流量計(jì)生産　　廠家在(zai)軟件系統進(jìn)行換算時，各(ge)個參數根據(jù)不同的設計(ji)尺寸範圍以(yǐ)數據🤞庫函數(shu)的方式進行(hang)存儲，由于存(cun)儲空間的限(xiàn)制造成無法(fǎ)足夠精确的(de)設置參數，因(yin)此造❤️成流量(liàng)計顯示值的(de)誤差。
2.1堰槽的(de)類型
　　明渠流(liú)量計在進行(háng)堰槽選擇時(shí),現場主要考(kǎo)慮流量範圍(wei)和設計施工(gōng)難度等因素(sù)。根據國家計(jì)量檢❓定規程(cheng)JJG771-1990《明🚶‍♀️渠堰槽流(liú)量計試行檢(jian)定規程》[5]和各(ge)種類型堰槽(cáo)的相關ISO國際(ji)标準[6-10]，幾種常(cháng)用堰槽的流(liu)量範圍和流(liu)量系數所引(yǐn)入的測量誤(wù)差如表1所示(shi)。
 
　　通過表1可知(zhi)，幾種堰槽的(de)流量系數所(suo)引入的測量(liàng)誤差相🔴差不(bu)🔴大，各種堰槽(cao)類型在技術(shu)上并無高下(xia)之分。在綜合(he)考🥰慮流量适(shì)用範圍和現(xian)場設計施工(gōng)難度後，巴歇(xiē)爾槽和薄壁(bi)堰具有--定的(de)優勢。兩者相(xiàng)比，薄壁堰的(de)優點是制作(zuo)方便，安裝簡(jian)單，缺點是水(shui)頭損失較大(da)，污水中的泥(ni)沙和懸浮物(wu)容易在堰前(qian)沉積使水位(wèi)提🚶高而影響(xiǎng)測量的精度(dù)。巴歇爾♌槽的(de)優點是測量(liàng)範圍寬，水頭(tou)🈚損失小，污水(shui)中懸浮物不(bú)易沉積，但加(jia)工和安裝較(jiao)爲複雜”。
2.2液位(wèi)測量的精度(du)
　　明渠流量計(ji)中的實際液(yè)位測量涉及(ji)液位計零點(diǎn)(即液位零點(diǎn)🥵)和液位計測(ce)量精度等兩(liang)個方面，早期(qi)的浮子式液(yè)位計由于測(ce)💋量精度太低(dī)已經被淘汰(tai)，壓力式液位(wèi)計由于易受(shou)污水腐蝕和(hé)沉積物覆蓋(gài)🏃影響也較少(shao)使用"，現在主(zhǔ)要使🚶‍♀️用超聲(sheng)波液位計。超(chāo)聲波測液位(wèi)爲非接觸式(shi)測量，可以不(bu)受液體性質(zhì)的影響，但液(ye)體表面浮沫(mò)和固體漂浮(fu)物較多時也(ye)會受到影響(xiang)。
　　本次試驗的(de)明渠流量計(jì)全部采用的(de)超聲波液位(wèi)計,廠⛷️家📱标稱(cheng)的測量精度(du)爲不大于3mm,滿(man)足環保行業(yè)标準HJ/T15-2007《環境🙇‍♀️保(bao)護㊙️産品技術(shù)要求超聲波(bo)明渠污水流(liu)♋量計》中對液(ye)位測量誤差(cha)的要求[12]。但實(shi)際測量結果(guǒ)卻相差很大(dà)，具體數🥰據如(ru)圖2所示。
 
　　試驗(yan)發現，現場使(shǐ)用的超聲波(bō)液位計問題(ti)很多。零點不(bu)準的原因主(zhu)要在于液位(wèi)計安裝時沒(méi)有做好零點(dian)的設☔置和校(xiao)準。水位超差(chà)的原因一部(bù)分在于液位(wei)計安裝後沒(mei)有做好現場(chǎng)校準，另一部(bù)分在于液位(wèi)計使用過程(cheng)中傳感器探(tan)💁頭老化，測🔴量(liang)精度不🈲達标(biao)。
2.3液位測量的(de)重複性
　　明渠(qu)流量計液位(wei)測量的重複(fu)性主要取決(jué)于液面🐅的穩(wen)定程度⛷️。液面(mian)平穩時，液位(wèi)測量的重複(fu)性就容易達(da)标;反之，水流(liu)不平穩，有大(da)量漩渦、波浪(làng)、泡沫時，液位(wèi)測量的重複(fú)性就不滿足(zu)要求。具體情(qing)況如圖3所示(shì)。
 
　　上述水流不(bú)平穩的情況(kuàng)，主要原因是(shi)明渠流量計(jì)安裝位🐉置👄前(qian)端的行進渠(qú)道長度不滿(man)足要求。根據(jù)規程🌈要求，巴(ba)歇爾槽的安(an)㊙️裝條件爲前(qian)端順直行進(jìn)☂️渠道長度應(yīng)不小于5倍的(de)行進渠道寬(kuan)度，而薄壁堰(yàn)則要求爲10倍(bei)。很多用戶受(shòu)現場環境條(tiao)件的限制，無(wú)法建造足夠(gou)⚽長度的行進(jìn)渠道進行整(zheng)流，造成流量(liang)⭕計處的流場(chǎng)條件十分惡(e)劣，無法滿足(zú)明渠流量計(ji)的正常使用(yòng)。針對這種情(qíng)況，有兩種方(fāng)式可以進行(háng)改善。一種方(fāng)式爲:在流量(liang)計的前端增(zēng)加🚩整流格栅(shan)，減小水流的(de)波動，但通過(guo)現場試驗觀(guān)察，效果有限(xiàn);另一種方式(shì)爲:在渠道旁(pang)邊設置一靜(jìng)水井，由連通(tong)管與渠道水(shuǐ)流相通，靜水(shui)井底應低于(yu)渠道中最低(di)水位🔴150mm，連通管(guǎn)管底距井底(dǐ)至少300mm,靜水井(jǐng)頂面應大于(yú)預計最高水(shui)位300mm,這樣靜水(shuǐ)井内的水位(wei)與渠道中水(shuǐ)位相同，把渠(qú)道中的漩渦(wo)和水流的♊脈(mo)動進行了隔(ge)離，同時也能(neng)大大減❓少水(shuǐ)面的泡沫。現(xian)🔴場試驗驗證(zheng)☁️，這種方式能(néng)🔴夠有效改善(shàn)液面不穩的(de)情況，保證液(yè)位測量的重(zhòng)複性要求。
2.4堰(yàn)槽的幾何尺(chi)寸
　　堰槽幾何(he)尺寸的誤差(chà)對測量結果(guo)精度的影響(xiǎng)主🍉要有兩個(ge)方⭐面:一是改(gǎi)變了流量計(jì)算的數學模(mó)型，造成流量(liang)計二☔次儀表(biǎo)計算的顯示(shì)值産生誤差(cha)，這種影響我(wǒ)們通過兩個(ge)實例可以看(kan)到。由表2可以(yǐ)看出，堰槽幾(jǐ)何尺寸誤❄️差(cha)的增大可以(yi)造成流量測(cè)量💔誤差的增(zēng)大，且影響量(liang)不🐕斷遞增;二(er)是影響到了(le)水流經過堰(yan)槽🍉時💰的水位(wei)，從而對液位(wèi)的測量産🈲生(sheng)附加誤差。
 
　　造(zao)成堰槽幾何(he)尺寸誤差的(de)原因有三點(dian):一是制造✂️精(jing)度問題，一些(xie)企業爲了節(jiē)省成本，自己(jǐ)加工堰闆和(he)槽體，由于條(tiao)☀️件所限無法(fǎ)保證加工精(jīng)度，造成堰槽(cáo)的實物與設(she)計尺寸産生(shēng)誤差;二是安(an)裝技術問題(tí)，一些流量計(jì)的堰闆和槽(cáo)體在安裝過(guò)程中，由于施(shi)工者的操🏃‍♂️作(zuo)因素造成安(an)裝尺寸誤差(cha)，或是施工經(jing)驗和溫度原(yuán)因影響，造成(chéng)堰闆和槽體(tǐ)受渠壁擠壓(ya)産生形❤️變;三(san)是用戶主觀(guan)因素，一些企(qǐ)業爲了省事(shì)，在已建好的(de)不規👅則的渠(qú)道中安裝明(míng)渠流量計🏒，爲(wèi)了适應♊渠道(dào)，隻能将📧标準(zhǔn)的堰闆或槽(cáo)體進行改👨‍❤️‍👨造(zào)，造成幾何尺(chǐ)寸的偏差。
2.5水(shuǐ)位一流量轉(zhuǎn)換誤差
　　水位(wei)-流量轉換誤(wu)差直接影響(xiǎng)流量計的顯(xiǎn)示值，其産♊生(sheng)的主要🍉原因(yin)爲:明渠流量(liàng)計通過液位(wèi)傳感器‼️得到(dao)的是原始🐕信(xin)号爲液㊙️位信(xin)号，需通過二(er)次儀表☔把液(yè)位👄信号轉換(huàn)爲流量值。由(yóu)于明渠流量(liang)計的數學模(mo)型都比較複(fú)雜，儀表一般(ban)💚使用查表📧法(fǎ)把液位轉換(huan)成流量。即每(mei)測到一一個(gè)液位，到存儲(chǔ)器内找對應(ying)液位點的🤩流(liu)量替代。如果(guo)測到的液位(wei)在水位流量(liang)表中兩點液(ye)位之間，用線(xian)性插值法算(suan)出對應的流(liu)量(3]。因此，設置(zhi)水🏃🏻‍♂️位-流量表(biǎo)的點數越☔多(duo)，轉換精度越(yue)高。
　　通過現場(chǎng)試驗，取兩個(ge)主要廠家軟(ruǎn)件數據庫内(nei)的水位一流(liú)量表進行驗(yan)證，具體數據(ju)如圖4所示。
 
　　通(tong)過圖4可以看(kàn)出:廠家一的(de)軟件設置爲(wei)30點對照，且液(ye)位點均勻✍️分(fen)布，而廠家二(èr)設置爲10點，不(bu)均勻分布😍，則(zé)廠家一顯示(shì)😍的水✨位流量(liàng)轉換誤差明(míng)顯小于廠家(jiā)二。
3結論
　　污水(shuǐ)流量監測數(shu)據的精度，受(shòu)到多方面因(yīn)素的影響，在(zài)配套設施方(fang)面，需要保證(zheng)行進渠道的(de)長度,正确設(she)立靜☀️水井⭐。在(zai)一次元件方(fāng)面，需選擇合(he)适的堰;槽類(lèi)型，堰槽尺♋寸(cun)保證一定的(de)加工精度，液(ye)位傳感器滿(man)足相應精度(dù)要求;在二次(ci)儀表方面，需(xu)要正确🏃‍♀️的進(jin)行軟件數據(ju)庫的設計，通(tōng)過這些🔞才能(neng)保證流量監(jian)測數據的準(zhǔn)确有效。
　　通過(guo)上述分析,我(wǒ)們看到實現(xian)污水流量監(jiān)測的堰✍️槽式(shì)明🔞渠流量計(ji)，不僅僅是一(yi)個計量器具(jù)，而且作☂️爲一(yi)個計🧡量系統(tǒng)牽♻️涉到❄️選型(xing)、設計、加工、建(jiàn)築、安裝、調試(shì)和設置，--旦建(jiàn)造成💞型，出現(xian)🎯誤差後很難(nán)從根本上進(jìn)行糾正，并且(qie)在現場受到(dao)各種環境條(tiáo)件的影響，使(shi)用中需要經(jīng)常維護。因此(ci)，作爲強制檢(jian)定的涉及環(huán)境保護㊙️的計(jì)量器具，我們(men)計量部門不(bu)僅要按時周(zhōu)期檢👅定，更應(ying)該積極🈲參與(yu)到環境監測(ce)部門對自動(dong)監測設備驗(yàn)收🌂和日常核(hé)查等技術文(wen)件的制定中(zhong)，從而😍保證環(huan)境監👈測數據(jù)的真實、準确(què)和有效，爲實(shí)現環境保護(hù)，減少污🛀🏻染做(zuò)出應有的💋貢(gòng)獻。

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