污水管網(wǎng)系統(tǒng)被稱為“城市生命線”,在城市中承擔(dān)著污水輸送、控制水體污染及預(yù)防內(nèi)澇溢流等作用,是保證城市生活正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施,因此對污水管網(wǎng)的建設(shè)和監(jiān)測至關(guān)重要。污水管網(wǎng)的流量監(jiān)測有助于管網(wǎng)污染物溯源能力的提升、監(jiān)控企業(yè)偷排漏排的管控、雨污混接的及時整改、城市內(nèi)澇的預(yù)警、海水倒灌的監(jiān)測等,為市政管網(wǎng)的維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。如今,“建設(shè)智慧型城市”已成為諸多市政工程項目的重要指導(dǎo)思想之一,在水環(huán)境規(guī)劃與治理項目中,市政污水管網(wǎng)的建設(shè)或改造是重要的環(huán)節(jié),其中,對于管網(wǎng)的智能化、可視化、實(shí)時性管理有著越來越廣泛的需求。
在污水管網(wǎng)的設(shè)計階段,在線監(jiān)測須被統(tǒng)籌考慮,特別在一些老舊管網(wǎng)改造項目中,新增在線監(jiān)測通常存在很多實(shí)際困難,針對復(fù)雜的管網(wǎng)環(huán)境,滿管與非滿管并存的管道狀態(tài),如何設(shè)置適合的流量計顯得尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的電磁流量計是基于法拉第電磁感應(yīng)原理,測量滿管狀況下的流量,在此基礎(chǔ)上,非滿管流量計增加了管道內(nèi)液位測量的功能,進(jìn)而通過面積速度法計算得到流量。
污水管網(wǎng)內(nèi)的流體來源中,工業(yè)污水和生活污水占主要部分。工業(yè)污水,流體一般為自然流動,流量大,并且非滿管具有自由水面,精確測量有一定的難度。對污水排入管網(wǎng)點(diǎn)位的點(diǎn)源監(jiān)測,以前多采用傳統(tǒng)槽式流量計,不僅精度較低,而且?guī)磔^大的水頭損失,同時對上游渠道的坡度及下游水深也均有一定的要求,當(dāng)不能滿足條件時測量精度會降低,有時甚至無法進(jìn)行測量。如果用傳統(tǒng)的電磁流量計來測量污水,則需要建造額外的閘板和堰板以保證滿管,這些附加的安裝費(fèi)用甚至?xí)隽髁坑嫳旧淼馁M(fèi)用,大口徑管道時更是如此,而且還增加了管道堵塞的可能性。
生活污水來源比較分散,排水管網(wǎng)末端流量小,不易測量,通常要在區(qū)域主干管道上布設(shè)流量計,對流量計的合理分布提出更高要求。生活污水流量具有相對明顯的時間周期性,導(dǎo)致管網(wǎng)內(nèi)水量產(chǎn)生波動,對流量計測量的穩(wěn)定性是不小的考驗(yàn)。
此外,排水管網(wǎng)流量測量還面臨以下問題:排水管網(wǎng)內(nèi)垃圾多、懸浮物高,導(dǎo)致數(shù)據(jù)干擾多,設(shè)備維護(hù)成本高;監(jiān)測點(diǎn)通常分布較為分散,給市政電源的接入帶來難度;監(jiān)測設(shè)備通常安裝于檢查井內(nèi),對設(shè)備的防護(hù)等級以及信號的傳輸能力提出更高要求;現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,安裝不便,維護(hù)復(fù)雜等。
在傳統(tǒng)的電磁流量計相鄰位置的管道正上方居中部位開孔,外加超聲波液位計。測得液位,進(jìn)而可以得到非滿管流體的截面面積,結(jié)合流速,計算出流量。
非滿管電磁流量計維護(hù)工作量通常較小,但考慮到污水可能會在傳感器內(nèi)壁附著,形成的積聚層會對傳感器電導(dǎo)率產(chǎn)生影響,并且由于非滿管電磁流量計傳感器均位于管道內(nèi)部,不易進(jìn)行人工清潔維護(hù),所以該流量計一般適用于流速大于3m/s的管道,這樣一定程度上可以減輕污染物附著沉積的現(xiàn)象。此外,非滿管電磁流量計需要專用的儀表井,以方便儀表的安裝與維護(hù)。