摘要:簡述了(le)污水自動監(jian)測系統中流(liu)量測量的原(yuán)理㊙️和組成，通(tong)🙇🏻過對标準巴(ba)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(zài)線監測✏️系統(tǒng)中影響流量(liang)測量精度的(de)5項主要因素(su)，并對各項因(yīn)素進行了相(xiàng)應的技🔞術分(fèn)析。
0引言
　　随着(zhe)環境污染問(wèn)題日益嚴重(zhòng)，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(yao)求。目前，國内(nei)重點排污企(qǐ)業均安🐅裝了(le)污水自動監(jiān)測系統，保證(zheng)污水排放的(de)數據能夠實(shí)時，上傳至市(shì)、省環境監測(cè)部門和國家(jiā)環保主管部(bu)門。爲了保證(zhèng)上傳數據的(de)有效性，國家(jia)環保部🐅發布(bù)了HJ/T355-2007《水污染源(yuan)在線監👌測系(xì)統運行與🌂考(kǎo)核技術規範(fan)》和HJ/T356-2007《水污染源(yuan)在線監測數(shu)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(zhì)的💔監測數據(jù)(如化學需氧(yǎng)量COD。、氨氮NH,-N、總磷(lin)TP、pH值)等，詳細規(gui)定了試驗項(xiang)目和數據要(yào)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(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(ti)出關于污水(shui)🆚流量監測質(zhi)量監督檢查(chá)的技術和⚽方(fāng)法3。但從流量(liàng)計量專業的(de)角度來看🆚，環(huan)監部門提出(chū)的方法僅對(dui)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(dù)。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(xian)污水流量在(zài)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(zu)成
　　由于排污(wū)口标準化和(he)視頻監控的(de)需要，污水流(liu)量自🔴動監⭐測(ce)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(biao)準量水堰槽(cáo)(如巴歇爾量(liàng)水槽和矩形(xing)薄壁堰等)，并(bìng)按規定位置(zhì)測量水🍉位，則(ze)流過堰槽的(de)流量與水位(wèi)呈單值關系(xi)，根據相應流(liu)量公式或經(jīng)驗關系式，将(jiāng)測出的水位(wèi)值換算成流(liu)量值。流量計(ji)由标準量水(shui)堰槽和液位(wèi)流量轉換儀(yi)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(liang)自動監測系(xì)統共計338台堰(yàn)槽式明渠流(liu)量計。其中，巴(ba)歇爾槽式占(zhàn)68.2%,矩形薄壁堰(yan)占14.5%，其他堰槽(cáo)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(zhǔn)巴歇爾槽明(ming)渠流計算的(de)數學模型
　　标(biao)準巴歇爾槽(cao)流量Q按下式(shi)計算:
 
　　式中:C爲(wei)流量系數;b爲(wèi)喉道寬度，m;ha爲(wèi)實測液位，m。
　　由(yóu)标準巴歇爾(ěr)槽明渠流量(liàng)計的基本原(yuán)理和流量計(jì)算公式可知(zhī)，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(shi)測液位的精(jing)度。其中，實測(ce)液位的精度(du)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(ji)零點的儀器(qi)的測量精度(dù)和液面的擾(rǎo)動情況。
2現場(chang)流量測量精(jīng)度的影響因(yīn)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(zài)線監測系統(tǒng)中，影響流量(liang)測量精度的(de)主要因素有(yǒu)以下幾個方(fāng)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(shi)測液位的精(jīng)度，主要取決(jué)于液位計測(cè)量的精度和(hé)測❌量液位🐆計(jì)零點的儀器(qi)的測量精度(dù);
3)液位測量的(de)重複性，由液(yè)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(qí)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(ruǎn)件産生✌️。由于(yu)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(ji)生産　　廠家在(zai)軟件系統進(jin)行換算時，各(gè)個參數💔根據(jù)不同的設⛹🏻‍♀️計(ji)尺寸🌐範圍以(yǐ)數據庫函數(shù)的方式進行(háng)存儲，由于存(cún)儲空間的限(xian)制造成無法(fa)足夠精确的(de)設置參數，因(yin)此造成流量(liang)計顯示值的(de)誤差。
2.1堰槽的(de)類型
　　明渠流(liu)量計在進行(hang)堰槽選擇時(shi),現場主要考(kao)慮流量💯範圍(wei)和設計施工(gōng)難度等因素(su)。根據國家計(ji)量檢定規程(chéng)JJG771-1990《明渠堰槽流(liu)💔量計試行檢(jiǎn)定規程》[5]和各(gè)種類型堰槽(cao)的相關ISO國際(ji)标準[6-10]，幾種常(chang)用堰槽的流(liu)量範♍圍和流(liu)量系數所引(yin)入的測量♋誤(wù)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(liàng)誤差相差不(bu)大，各種堰槽(cao)類型在技術(shù)上并無高下(xià)㊙️之分。在綜合(he)考慮流量适(shì)用範圍和現(xian)場設計施工(gong)難度後，巴歇(xiē)爾槽和薄壁(bi)堰具有--定的(de)優勢。兩者相(xiang)比，薄壁堰的(de)優點是制作(zuò)方便，安裝簡(jian)單，缺點是水(shui)頭損失較大(da)，污水中的泥(ní)沙和懸浮物(wu)容易在堰前(qián)沉積使水位(wei)提高而影響(xiǎng)測量的精度(du)。巴歇爾🌏槽的(de)👉優點是測量(liàng)範圍寬，水頭(tóu)損失小，污水(shui)中懸浮物不(bú)易沉積，但加(jiā)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(jì)中的實際液(ye)位測量涉及(jí)液位計零點(diǎn)(即液位零點(dian))和液位計測(ce)量精度等兩(liǎng)個方面，早期(qī)的浮🙇🏻子式💃液(ye)位計由于測(ce)📱量精度太低(di)已經被淘汰(tài)，壓力式液位(wèi)計由于易受(shòu)污水⛷️腐蝕和(hé)沉積物覆蓋(gài)影響也較少(shao)使用"，現在主(zhu)要使用超聲(shēng)波🛀液位計。超(chāo)聲波測液位(wèi)👌爲非接觸式(shì)測量，可以不(bú)受液體性質(zhì)的影響，但液(yè)體表面浮沫(mò)和固體漂浮(fú)物較多時也(ye)會受到影響(xiǎng)。
　　本次試驗的(de)明渠流量計(ji)全部采用的(de)超聲波液位(wei)計,廠家标❓稱(cheng)的測量精度(dù)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(shù)要求超聲波(bo)明渠污水流(liu)量計》中對液(ye)位測量誤差(chà)的要求[12]。但實(shí)際測量結果(guǒ)卻相差很大(da)，具體數💚據如(ru)圖2所示。
 
　　試驗(yan)發現，現場使(shi)用的超聲波(bō)液位計問題(tí)很多。零點不(bú)準的💘原因主(zhǔ)要在于液位(wèi)計安裝時沒(mei)有做好零點(dian)的設‼️置和校(xiào)準。水位✂️超差(cha)的原因一部(bù)分在于液位(wei)計安裝後沒(mei)有做好現場(chang)校準，另一部(bù)分在于📱液位(wèi)計使用過程(chéng)中傳感器探(tan)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(qu)流量計液位(wei)測量的重複(fú)性主要取決(jue)于液面的穩(wěn)定😍程度💚。液面(miàn)平穩時，液位(wèi)測量的重複(fú)性就容易達(dá)标;反之，水流(liu)不平穩，有大(da)量漩渦、波浪(lang)、泡沫時，液位(wei)測量的重複(fú)性就不滿足(zu)要求。具體情(qing)況如圖3所示(shi)。
 
　　上述水流不(bú)平穩的情況(kuàng)，主要原因是(shì)明渠流量計(ji)安裝位置📧前(qián)端的行進渠(qu)道長度不滿(man)足要求。根據(ju)✏️規程要求，巴(ba)歇爾槽的安(ān)裝條件爲前(qián)端順直行進(jìn)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(shou)現場環境條(tiáo)件的限制，無(wú)法建造足夠(gòu)㊙️長度的行進(jin)渠道進行整(zheng)流，造成流量(liang)♍計處的流場(chang)👉條♈件十分惡(e)劣，無法滿足(zú)明渠流☎️量計(jì)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(fang)式爲:在流量(liang)計的前端增(zēng)加🥵整流格栅(shān)，減小水流的(de)波動，但通過(guo)現場試驗觀(guan)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(shuǐ)井底應低于(yú)渠道中最低(di)水位150mm，連通管(guan)管底距井底(di)至少300mm,靜水井(jǐng)頂面應大于(yú)預計最高✏️水(shuǐ)位300mm,這樣靜水(shui)井内的水位(wei)與渠道中水(shuǐ)😍位相同，把渠(qú)道中的漩渦(wō)和水流的脈(mò)動進行了隔(gé)📐離，同時也能(néng)大大減👉少水(shuǐ)面的泡沫。現(xian)💜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(zhong)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(mo)型，造成流量(liàng)🈲計二次儀表(biǎo)計☎️算的顯示(shì)值産生誤差(chà)，這種影響我(wǒ)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(chà)的增大可以(yi)造成流量測(cè)量🤞誤差的增(zeng)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(wei)的測量産生(sheng)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(xiē)企業爲了節(jie)省成本，自己(ji)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(cao)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(jīng)驗和溫度原(yuán)🚶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(guan)因素，一些企(qǐ)業爲了省✨事(shì)，在已建好的(de)不規則的渠(qu)道中安裝明(ming)渠流量計，爲(wèi)了适應⁉️渠道(dao)，隻能将标準(zhun)的堰闆或槽(cáo)體進行改🆚造(zao)，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(wèi)-流量轉換誤(wu)差直接影響(xiang)流量計的顯(xian)示值，其㊙️産生(sheng)的主要原因(yin)爲:明渠流量(liang)計通過液位(wei)傳感器🛀🏻得到(dao)🔱的是原始信(xin)号爲液位信(xìn)号，需通過二(er)次儀表✨把液(ye)位信号轉換(huàn)爲流量值。由(you)于明渠流量(liang)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(mei)測到一一個(ge)液位，到存儲(chǔ)器内找對應(ying)液位點的流(liú)量替代。如果(guǒ)測到的液位(wèi)在水位流量(liang)表中兩點液(ye)位之間，用線(xian)性插值法算(suàn)出對應的流(liu)量(3]。因此，設置(zhi)水位-流量表(biǎo)的點數越多(duō)，轉換精度越(yuè)高。
　　通過現場(chang)試驗，取兩個(ge)主要廠家軟(ruan)件數據庫内(nèi)的⛷️水位一流(liu)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(kan)出:廠家一的(de)軟件設置爲(wei)30點對照，且液(yè)位點均勻分(fèn)布，而廠家二(er)設置爲10點，不(bú)均勻分布，則(ze)廠家一📱顯示(shì)⭕的水🏃🏻位流量(liang)轉換誤差明(ming)顯小于廠家(jia)二。
3結論
　　污水(shuǐ)流量監測數(shu)據的精度，受(shou)到多方面因(yin)素的影響，在(zài)配套👣設施方(fāng)面，需要保證(zheng)行進渠道的(de)長度,正确設(shè)立靜水井。在(zai)一🔱次元件方(fang)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(mǎn)足相應精度(dù)要求;在二次(ci)儀表方面，需(xū)要正确的進(jin)行軟件數據(jù)庫的設計，通(tong)過這些才能(néng)保證流👉量監(jiān)測數據的♌準(zhǔn)确有效。
　　通過(guo)上述分析,我(wǒ)們看到實現(xiàn)污水流量監(jian)測的堰槽式(shì)明渠流量計(jì)，不僅僅是一(yī)個計量器具(ju)，而且作爲一(yī)個計量系統(tǒng)牽涉到選型(xíng)、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(nan)從根本上進(jìn)行糾正，并且(qiě)在現場受到(dào)各種環境💋條(tiáo)件的影響，使(shi)用中需要經(jing)常維護。因此(ci)，作爲強制檢(jian)定的涉及環(huán)境保護的計(ji)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(dòng)監測設備驗(yan)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(hù)，減少污染做(zuo)出應有的貢(gòng)獻。

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