摘要:簡述了(le)污水自動監(jiān)測系統中流(liu)量測量的原(yuán)理和組成，通(tōng)💃🏻過對标準巴(ba)歇爾槽明渠(qú)流量計 流量(liang)計算數學模(mo)型的分析，總(zong)結出污水在(zai)線監測系統(tong)中😄影響流量(liàng)測量精度的(de)5項主要因素(sù)，并對各🆚項因(yīn)素進行了相(xiàng)應的技🏃🏻‍♂️術分(fen)析。
0引言
　　随着(zhe)環境污染問(wèn)題日益嚴重(zhong)，我國對建立(lì)環境管理體(tǐ)系📱，加🐕大環境(jìng)監測力度提(tí)出了更高要(yào)求。目前，國内(nèi)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(shì)、省環境監測(ce)部門和國家(jiā)環保主管部(bù)門。爲了保💚證(zhèng)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(yuán)在線監👄測系(xì)統運行與💔考(kao)核技術規範(fàn)》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(fàn)》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(lin)TP、pH值)等🛀🏻，詳細規(gui)定了試驗項(xiàng)目和數據要(yao)求1-2],但對如何(he)保證水量的(de)流量監測數(shu)據的正确，卻(que)沒做要求。
　　随(suí)着主要污染(ran)物總量減排(pai)監測要求的(de)提出，這種情(qing)㊙️況8益被⛱️發現(xiàn)和重視。2013年底(dǐ)環境監測部(bu)門已有人提(ti)出關于污水(shui)流量監測質(zhi)量監督檢查(cha)的技術和方(fang)法3。但從流量(liang)計量專業的(de)角度來看，環(huán)監部門提出(chu)的方法僅對(dui)相關計量檢(jiǎn)定規程項目(mù)🔞進行了簡化(huà)和重組，并沒(méi)有進行深人(ren)的計量技術(shu)分析，無法保(bǎo)證現場流量(liang)數據的精度(dù)。而本文則根(gēn)據現場檢定(dìng)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(xià)了--定的基礎(chǔ)。
1污水流量測(ce)量
1.1原理及組(zǔ)成
　　由于排污(wu)口标準化和(hé)視頻監控的(de)需要，污水流(liu)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(míng)渠流量計的(de)原理是在明(ming)渠中設置标(biao)準量水堰槽(cao)(如巴歇💋爾量(liang)水槽和矩形(xing)薄壁堰等)，并(bing)按規定位置(zhì)測量水✉️位，則(zé)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(jīng)驗關系式，将(jiang)測出的水位(wei)值換算成流(liu)量值。流量計(jì)由标準量水(shuǐ)堰槽和液位(wèi)流量轉換儀(yí)表(二次儀表(biao))所組成。如圖(tú)1所示。
 
　　據(ju)統計，本次試(shì)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(ba)歇爾槽式占(zhan)68.2%,矩形薄壁堰(yan)占14.5%，其他堰槽(cao)類型占17.3%，本文(wén)以标準巴歇(xiē)爾槽明渠流(liu)量計爲例進(jìn)行分析。
1.2标準(zhun)巴歇爾槽明(míng)渠流計算的(de)數學模型
　　标(biāo)準巴歇爾槽(cáo)流量Q按下式(shi)計算:
 
　　式中:C爲(wèi)流量系數;b爲(wèi)喉道寬度，m;ha爲(wèi)實測液位，m。
　　由(you)标準巴歇爾(er)槽明渠流量(liang)計的基本原(yuan)理和流量計(ji)算公式可知(zhi)，流量測量的(de)精度直接依(yī)賴于流量👉系(xì)數C的精㊙️度、喉(hóu)道寬度測量(liang)的精度和實(shí)測液位的精(jīng)度。其🐕中，實測(cè)液位的精度(dù)評👣估又包含(han)三個因素🍓的(de)影響:液位計(jì)測量的精度(dù)、測量液位計(ji)🏃零點的儀器(qì)的測量精🌈度(dù)和液面的擾(rao)動情況。
2現場(chang)流量測量精(jing)度的影響因(yin)素
　　通過上述(shu)分析，我們可(kě)以總結出基(ji)于明渠流量(liàng)計的污水在(zai)線監測系統(tǒng)中，影響流量(liàng)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(dìng)流量系數的(de)測量精度;
2)實(shí)測液位的精(jing)度，主要取決(jué)于液位計測(ce)量的精度和(hé)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(jué)定，主要影響(xiǎng)多次液位測(ce)量讀數的平(píng)均值的測量(liàng)精度;
4)堰槽的(de)幾何尺寸，主(zhǔ)要取決于喉(hou)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(cha)，由流量計二(èr)次儀表的軟(ruǎn)件産生。由于(yu)各種堰槽明(ming)渠流量計的(de)流量計算公(gong)式涉及多💯個(gè)參🌈數，流量計(ji)生産　　廠家在(zài)軟件系統進(jin)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(háng)存儲，由于存(cun)儲空間的限(xiàn)制造成無法(fa)足夠精确的(de)設置參數，因(yīn)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(hang)堰槽選擇時(shí),現場主要考(kao)慮流量範圍(wéi)🤞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(jiǎn)定規程》[5]和各(gè)種類型堰槽(cáo)的相關ISO國際(ji)标準[6-10]，幾種常(chang)用堰槽的流(liú)量範🐕圍和流(liu)量系數所引(yin)入的測量誤(wu)差如表1所示(shi)。
 
　　通過表1可知(zhī)，幾種堰槽的(de)流量系數所(suo)引入的測量(liang)☁️誤差💘相差不(bú)大，各種堰槽(cáo)類型在技術(shu)上并無高下(xia)之分📞。在綜合(hé)考慮流量适(shi)用範圍和現(xian)場設計施工(gōng)難度後，巴歇(xie)爾💯槽和薄壁(bì)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(jiǎn)單，缺點是水(shui)頭損失較大(dà)，污水中的泥(ní)沙和懸浮物(wù)容易在堰前(qian)沉積使水位(wei)♈提高而影響(xiang)測量的精度(dù)。巴歇爾槽的(de)優點是測量(liang)範圍寬，水頭(tou)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻損失小，污水(shui)中懸浮物不(bú)易沉積，但加(jiā)工和安裝較(jiào)爲複雜”。
2.2液位(wei)測量的精度(dù)
　　明渠流量計(jì)中的實際液(yè)位測量涉及(jí)液位計零點(dian)(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(ye)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(gai)😘影響也較少(shǎo)使用"，現在主(zhǔ)要使㊙️用超聲(sheng)波液位計。超(chāo)聲波測液位(wei)爲非接觸式(shì)🙇‍♀️測量，可以不(bú)受液體性質(zhi)🤞的影響，但液(yè)體💋表面浮沫(mò)和固體漂浮(fú)物較多時也(yě)會受到影響(xiǎng)。
　　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(mǎn)足環保行業(ye)🆚标準HJ/T15-2007《環境保(bǎo)護✂️産品技術(shu)要求超聲波(bō)明渠污水流(liú)量計》中對液(ye)位⛷️測量誤差(chà)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(shi)用的超聲波(bo)液位計問題(tí)很多。零點🐇不(bú)💰準📐的原因主(zhu)要在于液位(wèi)計安裝時沒(méi)有做好零點(diǎn)的設📧置和校(xiào)準。水位超差(chà)的原因一部(bu)分在于液位(wèi)計安裝後沒(méi)有做好現場(chǎng)校準，另一部(bu)分在于☔液位(wèi)計使用過程(chéng)中傳感器探(tàn)頭老化，測量(liàng)精度不達标(biāo)。
2.3液位測量的(de)重複性
　　明渠(qú)流量計液位(wei)測量的重複(fu)性主要取決(jué)于液面的穩(wěn)❤️定程♌度。液面(miàn)平穩時，液位(wei)測量的重複(fú)性就容易達(da)标;反之，水流(liú)不平穩，有大(da)量漩渦、波浪(làng)、泡沫時，液位(wei)測量的重複(fu)性就不滿足(zu)☎️要求。具體情(qing)況如圖3所示(shi)。
 
　　上述水流不(bu)平穩的情況(kuang)，主要原因是(shi)明渠流量計(ji)安💃裝位置前(qián)❄️端的行進渠(qú)道長度不滿(man)足要求。根據(ju)規程要求，巴(ba)歇爾槽的安(an)⚽裝條件爲前(qian)端順直行進(jin)渠道長度應(ying)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(bèi)。很多用⚽戶受(shòu)現場環境條(tiáo)件的限制，無(wú)法建造足夠(gou)長度的行進(jin)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(zu)明渠流量計(ji)的正常使❄️用(yòng)。針對這種情(qíng)況，有兩種方(fang)式可以進行(hang)改善。一種方(fāng)式爲:在流量(liang)計的前端增(zeng)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(shi)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(shuǐ)✨井底應低于(yú)渠道中最低(dī)🤩水位150mm，連通管(guan)管底距井底(di)至少✍️300mm,靜水井(jing)頂面應大于(yu)預計最高水(shuǐ)位300mm,這樣靜水(shuǐ)井内的水位(wèi)與渠道中水(shui)位相同，把渠(qú)道中的漩渦(wo)和水流的脈(mo)動進行了🌈隔(gé)👉離，同時也能(neng)大大減少水(shui)面的泡沫。現(xiàn)🎯場試驗驗證(zhèng)，這種方式能(néng)㊙️夠有效改善(shan)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(yan)槽的幾何尺(chǐ)寸
　　堰槽幾何(hé)尺寸的誤差(chà)對測量結果(guǒ)精度的影響(xiang)主要👄有兩個(gè)🔞方面:一是改(gai)變了流量計(jì)算的數學模(mó)型，造成⚽流量(liang)計二⚽次儀表(biao)計算的顯示(shi)值産生誤差(cha)，這🧡種影響我(wo)們通過兩個(gè)實例可以看(kàn)到。由表2可以(yi)看出，堰槽幾(ji)💜何尺寸誤差(cha)的增大可以(yǐ)造成流量測(cè)量誤差的增(zeng)大，且影響量(liàng)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(wei)的測量産生(shēng)附加誤差。
 
　　造(zao)成堰槽幾何(hé)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(ji)加工堰闆和(hé)槽體，由于條(tiao)件所限無法(fa)保證加工精(jing)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(ti)，一些流量計(jì)的堰闆和槽(cáo)體在安裝過(guò)程中，由于🥵施(shī)工者的操作(zuò)因素造成安(ān)裝尺寸誤差(cha)，或是施工經(jing)驗和溫度原(yuan)📐因影響，造成(chéng)堰闆和槽體(tǐ)受渠壁擠壓(yā)産生形變;三(san)是🐇用戶主觀(guān)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(ming)渠流量計，爲(wèi)了适應渠道(dào)，隻能将标準(zhun)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(shui)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(liang)計通過液位(wèi)傳感器得到(dào)的是原始信(xin)号👌爲液位信(xin)号，需通過二(èr)次儀表♋把液(yè)位信号轉🐆換(huàn)爲流量值。由(you)于明渠🥰流量(liàng)計的數學模(mó)型都比較複(fú)雜，儀表一般(bān)使用查表法(fǎ)把液位轉換(huàn)成流量。即每(měi)測到一一個(ge)液位，到👄存儲(chu)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(liàng)表中🍉兩點液(ye)位之間，用線(xian)性插值法算(suan)出對應🌍的流(liú)量(3]。因此，設置(zhì)水位-流量表(biǎo)的點數越多(duo)，轉換精度越(yuè)高。
　　通過現場(chǎng)試驗，取兩個(ge)主要廠家軟(ruan)件數據庫内(nèi)的🧡水位一流(liú)量🈲表進行驗(yàn)證，具體數據(ju)如圖4所示。
 
　　通(tōng)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(yè)位點☂️均勻分(fen)布，而廠家二(er)設置爲10點，不(bú)均勻分布，則(zé)廠家一♍顯示(shi)的水💋位流🌈量(liang)轉換誤差明(ming)顯小于廠家(jia)二。
3結論
　　污水(shui)流量監測數(shù)據的精度，受(shou)到多方面因(yīn)素的影響，在(zai)配🐆套設施方(fang)面，需要保證(zhèng)行進渠道的(de)長度,正确設(shè)♋立靜水井☎️。在(zài)一次元件方(fāng)面，需選擇合(hé)适的堰;槽類(lèi)型，堰槽尺寸(cun)保證一定的(de)加工精🔞度，液(yè)位傳感器滿(mǎn)足相應精度(dù)要‼️求;在二次(cì)儀表方面，需(xū)要正确的進(jìn)行軟件🤟數據(jù)庫的設計，通(tong)過這些才能(neng)保證流量監(jiān)測數據的🧡準(zhun)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(jì)，不僅僅是一(yī)個計量器具(jù)，而且作爲一(yī)個計量系🈲統(tǒng)牽🔴涉到選型(xíng)、設計、加工、建(jian)築、安裝、調試(shi)和設置，--旦建(jian)造成型，出現(xiàn)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(tiao)件的影♌響，使(shǐ)用中需💞要經(jīng)常維護。因此(ci)，作爲強制檢(jian)定的涉及環(huan)境保護的計(jì)量器具，我們(men)🈚計量部門不(bu)僅要按時周(zhou)期檢定，更應(ying)該積極參與(yǔ)到環境監測(cè)部門對自動(dong)監測設備驗(yàn)收和日常核(he)查等技術文(wén)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(shi)現環境保護(hu)，減少污染做(zuò)出應有的貢(gong)獻。

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