【谷騰環保網訊】摘要：國內外均有應用于(yu)(yu)(yu)緩解城市內澇和(he)溢流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)污染的(de)(de)深(shen)(shen)隧(sui)(sui)系統(tong)，而深(shen)(shen)隧(sui)(sui)系統(tong)成功運營的(de)(de)關鍵(jian)技術(shu)在于(yu)(yu)(yu)深(shen)(shen)隧(sui)(sui)的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)監測(ce)(ce)(ce)，需要根(gen)據深(shen)(shen)隧(sui)(sui)系統(tong)的(de)(de)特點選(xuan)擇(ze)合適的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)監測(ce)(ce)(ce)方法。基于(yu)(yu)(yu)技術(shu)比(bi)選(xuan)，武漢(han)市大東湖污水深(shen)(shen)隧(sui)(sui)系統(tong)選(xuan)擇(ze)基于(yu)(yu)(yu)超聲(sheng)波互相關原理(li)的(de)(de)超聲(sheng)波流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計作為(wei)深(shen)(shen)隧(sui)(sui)中流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)監測(ce)(ce)(ce)設備，該設備可(ke)實(shi)現(xian)可(ke)視化(hua)的(de)(de)實(shi)時流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)監測(ce)(ce)(ce)且達到管道的(de)(de)斷面掃描效(xiao)果，可(ke)以在深(shen)(shen)隧(sui)(sui)中的(de)(de)400kPa水壓和(he)極端條件下(xia)穩定長期工作。采用互相關超聲(sheng)波流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計對深(shen)(shen)隧(sui)(sui)斷面進行(xing)了16層流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)測(ce)(ce)(ce)量(liang)，結果表明，靠近(jin)管壁處的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)遠低于(yu)(yu)(yu)平(ping)均流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)，以平(ping)均流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)作為(wei)深(shen)(shen)隧(sui)(sui)不淤流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)的(de)(de)判斷標(biao)準(zhun)將給深(shen)(shen)隧(sui)(sui)運行(xing)帶來淤積(ji)風(feng)險。

武漢市位(wei)于長江中下游平原，梅雨(yu)季節降(jiang)水充沛(pei)且地(di)下水位(wei)較高，使其(qi)長期(qi)面臨(lin)汛期(qi)的(de)合流(liu)制污水溢(yi)流(liu)與內澇問(wen)題。為緩(huan)解(jie)水環境狀況，武漢市于2020年建設完成大東湖污水深隧傳輸(shu)系統并實現(xian)通水，集中輸(shu)送污水，從而實現(xian)污水有效處理(li)并大幅削減初雨(yu)、溢(yi)流(liu)污染。

在深(shen)隧設計(ji)和(he)運(yun)營過程(cheng)中，運(yun)營人員的(de)(de)(de)(de)(de)核(he)心(xin)控(kong)制指(zhi)(zhi)標為深(shen)隧內的(de)(de)(de)(de)(de)流態(tai)和(he)可(ke)(ke)能淤(yu)積狀態(tai)，因此需要實時測量(liang)流速(su)(su)、流量(liang)和(he)淤(yu)泥厚度，以便評估運(yun)行中的(de)(de)(de)(de)(de)風(feng)險(xian)(xian)并調整運(yun)行策略。其(qi)中深(shen)隧的(de)(de)(de)(de)(de)流速(su)(su)是深(shen)隧運(yun)行中的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵考核(he)指(zhi)(zhi)標，若流速(su)(su)低于0.65m/s，則(ze)深(shen)隧將面臨較高的(de)(de)(de)(de)(de)淤(yu)積風(feng)險(xian)(xian)，此外，深(shen)隧的(de)(de)(de)(de)(de)流速(su)(su)也是水力(li)模型的(de)(de)(de)(de)(de)校(xiao)準條件之一。因此，流速(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)準確監測對深(shen)隧系統可(ke)(ke)持(chi)續性(xing)和(he)長期可(ke)(ke)靠運(yun)行至關重(zhong)要，也是運(yun)營期間項目風(feng)險(xian)(xian)管控(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵評判指(zhi)(zhi)標。

01大東湖污水深隧流量監測需求分析

近年來，深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)系統(tong)在(zai)國(guo)(guo)內(nei)外城市均有成功應用的(de)(de)(de)案例，有效提高(gao)了城市排澇能力并改善(shan)了水(shui)(shui)(shui)體環(huan)(huan)境。深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)從(cong)建設(she)(she)目標上主要分(fen)為(wei)調蓄型(xing)(xing)雨洪(hong)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)、傳輸型(xing)(xing)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)與復合型(xing)(xing)多功能深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)，調蓄型(xing)(xing)雨洪(hong)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)以(yi)(yi)芝加(jia)哥深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)為(wei)代表(biao)(biao)，傳輸型(xing)(xing)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)以(yi)(yi)新加(jia)坡(po)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)為(wei)代表(biao)(biao)，而(er)復合型(xing)(xing)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)則以(yi)(yi)吉隆坡(po)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)為(wei)代表(biao)(biao)。其(qi)中(zhong)，新加(jia)坡(po)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)與大(da)東湖深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)相(xiang)似(si)，作為(wei)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)實(shi)現(xian)了區域(yu)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)全集中(zhong)處理(li)，市政(zheng)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)用地由(you)20世紀90年代的(de)(de)(de)300hm2縮減(jian)至190hm2，污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)廠數(shu)量(liang)由(you)6座縮減(jian)為(wei)3座，水(shui)(shui)(shui)循(xun)環(huan)(huan)利用率由(you)30%提升(sheng)至55%，對于(yu)緩解(jie)新加(jia)坡(po)城市市政(zheng)用地緊張、水(shui)(shui)(shui)資源缺乏等問題起(qi)到(dao)了重(zhong)要的(de)(de)(de)作用。但從(cong)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)運(yun)營角度(du)來看，早期國(guo)(guo)外深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)建設(she)(she)缺乏相(xiang)應的(de)(de)(de)在(zai)線監(jian)測技(ji)術(shu)與實(shi)時調度(du)平臺，而(er)國(guo)(guo)內(nei)深(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)建設(she)(she)又處于(yu)起(qi)步(bu)階(jie)段，規劃設(she)(she)計、風(feng)險論證等階(jie)段較為(wei)倉促(cu)，實(shi)際運(yun)行中(zhong)會(hui)存在(zai)較多隱患。

大(da)東湖污水深(shen)隧埋(mai)深(shen)達到(dao)50m以上，全長17.6km，且僅(jin)保留7座通(tong)風井，一旦通(tong)水后無法停水查看管(guan)道狀態(tai)，缺乏對深(shen)隧內污水的水量(liang)與(yu)流速(su)等關鍵技(ji)術(shu)點的管(guan)控能力，給(gei)深(shen)隧運(yun)營與(yu)調度帶來巨大(da)的風險。

在國(guo)內，深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)工(gong)程僅在廣州、香港、北京、上海等一線(xian)城市(shi)有初(chu)步應用(yong)，因此對深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)的(de)(de)(de)在線(xian)監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)仍(reng)在探索之(zhi)中。通(tong)過(guo)在深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)關鍵節點處設(she)置一系(xi)列監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)傳感(gan)(gan)器，利用(yong)實時監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)獲取的(de)(de)(de)數據，可實現(xian)對深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)的(de)(de)(de)入流(liu)和排(pai)水(shui)的(de)(de)(de)全面(mian)掌控與精(jing)確調度。例如(ru)，美國(guo)芝加哥排(pai)水(shui)系(xi)統通(tong)過(guo)對深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)豎井(jing)(jing)的(de)(de)(de)液(ye)位進行監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)，結(jie)合降雨監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)數據決策閘(zha)門的(de)(de)(de)啟閉(bi)；與此類似，廣州排(pai)水(shui)深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)的(de)(de)(de)東濠涌段設(she)有在線(xian)液(ye)位監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)傳感(gan)(gan)器，采(cai)用(yong)壓阻式(shi)液(ye)位傳感(gan)(gan)器，基于(yu)液(ye)位閾值對整(zheng)個深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)的(de)(de)(de)運(yun)行狀(zhuang)態(tai)進行報警。然而，基于(yu)豎井(jing)(jing)液(ye)位監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)可對深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)的(de)(de)(de)運(yun)行狀(zhuang)態(tai)有初(chu)步判斷，但實際影響深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)運(yun)行的(de)(de)(de)流(liu)速(su)、淤積等狀(zhuang)態(tai)僅通(tong)過(guo)液(ye)位難(nan)以反映(ying)。在深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)流(liu)量監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)方面(mian)，美國(guo)的(de)(de)(de)密爾(er)沃基深(shen)層隧(sui)(sui)(sui)(sui)道儲存系(xi)統設(she)立了(le)超過(guo)300個實時監(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)流(liu)量設(she)備，通(tong)過(guo)實時精(jing)確調度，確保(bao)深(shen)隧(sui)(sui)(sui)(sui)在運(yun)營時不(bu)堵塞，避免了(le)人工(gong)下井(jing)(jing)維護和設(she)備清(qing)淤。

結合國際深(shen)隧運行(xing)的(de)成功(gong)經驗進行(xing)判斷(duan)，可以認為流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)是(shi)最(zui)直(zhi)(zhi)觀(guan)反(fan)映(ying)深(shen)隧傳輸水量(liang)(liang)的(de)關(guan)鍵參數，而流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)是(shi)最(zui)直(zhi)(zhi)觀(guan)有效地反(fan)映(ying)深(shen)隧淤積風險的(de)指標(biao)，一旦(dan)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)低(di)于最(zui)低(di)設(she)計流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)，深(shen)隧管控(kong)平臺應(ying)及時(shi)(shi)發出(chu)報警信息來提醒運營人員(yuan)關(guan)注可能(neng)發生(sheng)的(de)淤積情況(kuang)。通(tong)過在深(shen)隧平直(zhi)(zhi)管段設(she)置流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計傳感器，利用(yong)實時(shi)(shi)監測獲取流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)、流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)、液位、淤積厚度等數據(ju)，可實現(xian)對大(da)東湖(hu)深(shen)隧運行(xing)狀態的(de)實時(shi)(shi)掌控(kong)。

基于上述需求與大東湖深隧自身條件，大東湖深隧流量監測面臨如下問題：

①流(liu)速高動態(tai)變化，對傳感器監測的穩定性有較高要(yao)求；

②滿管運行，液位達到深隧管底(di)以上30m，對傳感器的耐壓提出(chu)更高的要求(qiu)；

③在(zai)流(liu)速低于0.65m/s時(shi)，可能產(chan)生淤泥，對傳(chuan)感器的安(an)裝方(fang)法與(yu)安(an)裝位置有限制；

④受限于深(shen)隧結構，傳(chuan)感(gan)器(qi)必須安裝于豎井附近(jin)的平直管段(duan)，并通(tong)過電(dian)(dian)纜傳(chuan)輸(shu)數據至地面，因此要求傳(chuan)感(gan)器(qi)與變送器(qi)之間(jian)的電(dian)(dian)纜長達100m以上(shang)，電(dian)(dian)纜屏蔽(bi)效果(guo)好。

02在線流量監測方法選取

隨著地下排水管(guan)網精細(xi)化管(guan)理的要(yao)求，流(liu)量(liang)(liang)(liang)測量(liang)(liang)(liang)不僅要(yao)有瞬(shun)時(shi)流(liu)速、瞬(shun)時(shi)流(liu)量(liang)(liang)(liang)、液位、水溫和(he)累計(ji)流(liu)量(liang)(liang)(liang)，還對測量(liang)(liang)(liang)精度和(he)周期(qi)提(ti)出更高的要(yao)求。流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)的種(zhong)類繁多，用于地下管(guan)網流(liu)量(liang)(liang)(liang)測量(liang)(liang)(liang)的流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)主要(yao)是超聲波流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)、電磁流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)和(he)雷達流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)等(deng)。超聲波流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)又分為超聲波多普勒流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)、超聲波時(shi)差法流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)和(he)超聲波互相關流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)。各類流(liu)量(liang)(liang)(liang)計(ji)優(you)缺點及適用條件如表(biao)1所示。

考慮到(dao)大(da)東湖(hu)深隧排水(shui)(shui)系統的(de)最大(da)埋深為(wei)地下50m左右，為(wei)壓力流(liu)(liu)滿管(guan)運(yun)行，壓力達(da)到(dao)400kPa以上，流(liu)(liu)量(liang)(liang)監測對象為(wei)污(wu)水(shui)(shui)，且實(shi)際(ji)運(yun)行中(zhong)有(you)一定可能性(xing)(xing)會在滿管(guan)與非滿管(guan)狀態間切換(huan)，因(yin)此(ci)電磁流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)、雷達(da)流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)和超(chao)聲波(bo)時差法(fa)流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)均不(bu)適(shi)(shi)合，僅能采用超(chao)聲波(bo)測量(liang)(liang)技術。其(qi)中(zhong)，多普勒(le)流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)向水(shui)(shui)中(zhong)發(fa)射(she)連續超(chao)聲波(bo)，超(chao)聲波(bo)遇到(dao)水(shui)(shui)中(zhong)顆粒后反射(she)，多普勒(le)流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)接收到(dao)的(de)反射(she)波(bo)的(de)頻(pin)率(lv)將(jiang)發(fa)生變(bian)化，流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)將(jiang)記錄這個頻(pin)率(lv)的(de)變(bian)化值，并根據多普勒(le)效(xiao)應計(ji)算出顆粒的(de)運(yun)動速(su)度。但基(ji)于深隧測量(liang)(liang)場(chang)景，多普勒(le)流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)具有(you)如(ru)下的(de)不(bu)適(shi)(shi)用性(xing)(xing)：①測量(liang)(liang)得到(dao)的(de)流(liu)(liu)速(su)實(shi)際(ji)為(wei)點流(liu)(liu)速(su)，而非斷(duan)面流(liu)(liu)速(su)，對于管(guan)道糙率(lv)較大(da)的(de)管(guan)段，其(qi)靠近(jin)管(guan)壁部分的(de)流(liu)(liu)速(su)與平均流(liu)(liu)速(su)之間有(you)較大(da)差距，對實(shi)際(ji)產(chan)生沖(chong)淤(yu)效(xiao)果的(de)流(liu)(liu)速(su)判斷(duan)不(bu)準。

②需要穩定(ding)的流(liu)場條件(jian)，深隧流(liu)量計安裝位置受限于(yu)(yu)電纜長度，往往安裝于(yu)(yu)豎井附近，流(liu)場條件(jian)較為復雜。

③需要定期校正(zheng)，通(tong)過(guo)(guo)比較測(ce)量(liang)進(jin)行(xing)校準，在深隧(sui)通(tong)水后難以(yi)進(jin)行(xing)定期校正(zheng)工(gong)作。互相關(guan)(guan)流量(liang)計(ji)測(ce)量(liang)流速的方(fang)法同(tong)樣基于(yu)超聲波反射原理，但(dan)其記錄并比較的值為(wei)顆粒的移(yi)動(dong)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)而非變化頻率(lv)。工(gong)作時，流量(liang)計(ji)傳感器發射固定角(jiao)度(du)(du)(du)的超聲波脈沖(chong)，掃描(miao)污水中的反射物（微小顆粒、礦物或氣泡），將得到的回(hui)(hui)波保(bao)存(cun)為(wei)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)或回(hui)(hui)波模式。間(jian)(jian)(jian)隔幾毫秒后，接著(zhu)進(jin)行(xing)第二次掃描(miao)，產生的回(hui)(hui)波圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)或模式也(ye)被保(bao)存(cun)（見圖(tu)(tu)1）。由于(yu)反射物隨(sui)污水介質同(tong)步移(yi)動(dong)，通(tong)過(guo)(guo)比較前后兩個相似圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)或模式之間(jian)(jian)(jian)的相互關(guan)(guan)系可以(yi)識別(bie)反射物的位(wei)置來檢測(ce)和(he)計(ji)算(suan)流速。基于(yu)該(gai)測(ce)量(liang)原理，考慮到超聲波的光束(shu)角(jiao)度(du)(du)(du)和(he)脈沖(chong)重(zhong)復率(lv)，通(tong)過(guo)(guo)空(kong)間(jian)(jian)(jian)分(fen)配最多可以(yi)直接測(ce)量(liang)流體中的16層微小顆粒的速度(du)(du)(du)，從而直接計(ji)算(suan)得到高精度(du)(du)(du)的管道斷面流速。

互相(xiang)(xiang)關流(liu)量(liang)計(ji)基于(yu)最新的水力模(mo)型，系統計(ji)算(suan)了一個(ge)(ge)密集的測(ce)(ce)(ce)量(liang)網絡，從(cong)單個(ge)(ge)測(ce)(ce)(ce)量(liang)點(dian)位出發(fa)覆(fu)蓋(gai)了整(zheng)(zheng)個(ge)(ge)流(liu)體橫截面(mian)(mian)(mian)，相(xiang)(xiang)比多普勒技術具有如下(xia)特點(dian)：①具有經過科學(xue)流(liu)量(liang)測(ce)(ce)(ce)量(liang)的、渠道專用的實時(shi)流(liu)體數(shu)學(xue)模(mo)型；②靠近壁面(mian)(mian)(mian)和(he)水平速(su)度分布的流(liu)速(su)計(ji)算(suan)；③速(su)度積(ji)分覆(fu)蓋(gai)這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)斷(duan)面(mian)(mian)(mian)，最多測(ce)(ce)(ce)量(liang)16層流(liu)速(su)；④無需(xu)(xu)校準(zhun)。互相(xiang)(xiang)關流(liu)量(liang)計(ji)能(neng)夠基于(yu)流(liu)體數(shu)學(xue)模(mo)型，建立覆(fu)蓋(gai)整(zheng)(zheng)個(ge)(ge)斷(duan)面(mian)(mian)(mian)的計(ji)算(suan)網格，從(cong)而得到整(zheng)(zheng)個(ge)(ge)斷(duan)面(mian)(mian)(mian)的流(liu)速(su)分布情況，對研究(jiu)深隧(sui)淤積(ji)與流(liu)速(su)之間的關系提供(gong)新的方法手(shou)段，且其無需(xu)(xu)校準(zhun)的特點(dian)也更適合于(yu)深隧(sui)這(zhe)(zhe)樣的特殊場(chang)景。

03流量監測方案

3.1測量布點方案

考慮深(shen)隧完工后僅(jin)保留(liu)7座豎井，流(liu)量(liang)計采集到的數據需要通(tong)過有線的方式傳(chuan)輸至地面遠傳(chuan)設備(bei)，此外考慮管(guan)徑變化、安(an)裝條件(jian)、入流(liu)條件(jian)，最終選擇在4個(ge)關鍵豎井附近設置流(liu)量(liang)監測點（見(jian)圖2），每(mei)個(ge)監測斷面處在不同角度(du)安(an)裝3個(ge)傳(chuan)感器探頭，其(qi)具體安(an)裝方位、安(an)裝管(guan)徑與安(an)裝角度(du)見(jian)表2。

3.2流量監測設備安裝

在每個(ge)(ge)(ge)點位安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)一(yi)套流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)相(xiang)關設備，單套流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)組件包(bao)括1個(ge)(ge)(ge)NF7-5M3E0A001變送器(qi)、2個(ge)(ge)(ge)CS2-V200KTE99K0互(hu)相(xiang)關流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速傳感器(qi)（安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)于(yu)30°與-30°）、1個(ge)(ge)(ge)CS2-V2H1KTE99K0互(hu)相(xiang)關流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速傳感器(qi)（安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)于(yu)180°）、300m電纜、安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)附(fu)件及1個(ge)(ge)(ge)電控(kong)柜(ju)等。其中，每個(ge)(ge)(ge)斷(duan)面(mian)(mian)安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)3個(ge)(ge)(ge)互(hu)相(xiang)關流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速傳感器(qi)探頭(tou)用(yong)于(yu)測(ce)(ce)量(liang)剖面(mian)(mian)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速分布，其中安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)于(yu)180°的(de)(de)探頭(tou)可(ke)滿(man)足滿(man)管(guan)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)測(ce)(ce)量(liang)，同時用(yong)于(yu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速與淤積界面(mian)(mian)的(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)；安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)于(yu)30°與-30°的(de)(de)探頭(tou)可(ke)用(yong)于(yu)非(fei)滿(man)管(guan)條件下的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速測(ce)(ce)量(liang)，且(qie)與頂部探頭(tou)形成監(jian)測(ce)(ce)網格，其16層流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速測(ce)(ce)量(liang)網格如圖3所示；變送器(qi)在地面(mian)(mian)電控(kong)柜(ju)內安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)，可(ke)連接3個(ge)(ge)(ge)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速傳感器(qi)。電纜材質為PPO+PEEK，安(an)(an)(an)(an)(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)附(fu)件材質為不(bu)銹鋼，均耐(nai)污水腐蝕。

深隧設(she)備安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)難(nan)度高，安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)方式(shi)需選(xuan)擇長期穩定固定的(de)方式(shi)，且安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)后(hou)密封防水性高，安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)過程(cheng)需對管(guan)道破壞程(cheng)度低、安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)時(shi)(shi)間靈活、配(pei)合深隧自(zi)身施工進程(cheng)等。基于(yu)以(yi)上(shang)限制(zhi)條件，深隧流(liu)量計采用化學螺栓固定安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)方式(shi)，由豎井向(xiang)內布線40m確(que)定傳感(gan)器(qi)位置(zhi)，傳感(gan)器(qi)沿管(guan)壁共布設(she)3個(ge)探(tan)(tan)頭(tou)（見(jian)圖(tu)4），其(qi)中，正頂部(bu)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)一(yi)個(ge)傳感(gan)器(qi)探(tan)(tan)頭(tou)，超聲波(bo)垂直(zhi)向(xiang)下發射，在(zai)滿管(guan)的(de)水力狀態下，可(ke)同時(shi)(shi)用于(yu)監測(ce)流(liu)量與泥水界(jie)面的(de)位置(zhi)；左右30°角位置(zhi)各(ge)安(an)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)一(yi)個(ge)傳感(gan)器(qi)探(tan)(tan)頭(tou)，垂直(zhi)向(xiang)上(shang)發生超聲波(bo)，用于(yu)流(liu)量監測(ce)；3處傳感(gan)器(qi)探(tan)(tan)頭(tou)監測(ce)的(de)數據互(hu)為校(xiao)準(zhun)(zhun)，使監測(ce)數據的(de)準(zhun)(zhun)確(que)性得到極大提升，同時(shi)(shi)避免(mian)未來的(de)頻繁校(xiao)準(zhun)(zhun)維護問題。

安裝(zhuang)(zhuang)過程中，在每個傳感(gan)器探(tan)頭確(que)定的固定孔(kong)位(wei)分別(bie)打4個孔(kong)，并用(yong)化學(xue)螺栓固定安裝(zhuang)(zhuang)附件，將(jiang)傳感(gan)器探(tan)頭安裝(zhuang)(zhuang)于(yu)附件之上，保證探(tan)頭與地(di)面(mian)水平；用(yong)扎(zha)帶將(jiang)三(san)根信號電(dian)纜(lan)捆綁，匯合(he)于(yu)深(shen)隧(sui)管(guan)(guan)(guan)壁(bi)(bi)右側45°位(wei)置，從深(shen)隧(sui)內(nei)(nei)部(bu)(bu)沿伸至(zhi)井(jing)口處(chu)；考(kao)慮豎井(jing)處(chu)有湍流或(huo)匯水，對(dui)豎井(jing)沖(chong)擊力比較大，因此從豎井(jing)處(chu)開始，三(san)根傳感(gan)器電(dian)纜(lan)外部(bu)(bu)用(yong)鋼管(guan)(guan)(guan)保護(hu)，在豎井(jing)澆(jiao)筑前穿(chuan)過豎井(jing)井(jing)壁(bi)(bi)，從外壁(bi)(bi)引入地(di)面(mian)，最大程度地(di)避免對(dui)井(jing)體(ti)結(jie)構的影響。深(shen)隧(sui)施工結(jie)束后，最終傳感(gan)器及(ji)其保護(hu)套管(guan)(guan)(guan)將(jiang)澆(jiao)筑至(zhi)豎井(jing)管(guan)(guan)(guan)壁(bi)(bi)混(hun)凝土內(nei)(nei)，保證其穩定性，圖5為流量計(ji)安裝(zhuang)(zhuang)現(xian)場效果圖。

04深隧流量監測結果分析

深(shen)隧通水運行后，選取(qu)某個(ge)(ge)時(shi)刻下4個(ge)(ge)監(jian)(jian)測(ce)斷(duan)面(mian)(mian)的(de)(de)監(jian)(jian)測(ce)網格數據進(jin)行分(fen)析。各斷(duan)面(mian)(mian)的(de)(de)流(liu)速(su)(su)監(jian)(jian)測(ce)統(tong)計(ji)值(zhi)如表3所示。液位(wei)結果顯示，4個(ge)(ge)監(jian)(jian)測(ce)斷(duan)面(mian)(mian)均(jun)(jun)(jun)為滿管狀(zhuang)態，與深(shen)隧設計(ji)要(yao)求相符；全斷(duan)面(mian)(mian)的(de)(de)平(ping)(ping)均(jun)(jun)(jun)流(liu)速(su)(su)監(jian)(jian)測(ce)結果顯示，4個(ge)(ge)斷(duan)面(mian)(mian)的(de)(de)平(ping)(ping)均(jun)(jun)(jun)流(liu)速(su)(su)在0.693～0.750m/s的(de)(de)范(fan)圍內波動，從上游至下游的(de)(de)平(ping)(ping)均(jun)(jun)(jun)流(liu)速(su)(su)均(jun)(jun)(jun)滿足深(shen)隧設計(ji)中(zhong)0.65m/s的(de)(de)最低(di)(di)流(liu)速(su)(su)要(yao)求。然(ran)而對每(mei)個(ge)(ge)斷(duan)面(mian)(mian)的(de)(de)3處(chu)傳(chuan)感(gan)器(qi)分(fen)別計(ji)算(suan)平(ping)(ping)均(jun)(jun)(jun)流(liu)速(su)(su)時(shi)，-30°的(de)(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)所處(chu)位(wei)置的(de)(de)流(liu)速(su)(su)較(jiao)中(zhong)心位(wei)置的(de)(de)流(liu)速(su)(su)偏低(di)(di)，其中(zhong)4#井、7#井斷(duan)面(mian)(mian)處(chu)的(de)(de)流(liu)速(su)(su)低(di)(di)于0.65m/s的(de)(de)最低(di)(di)流(liu)速(su)(su)要(yao)求。

基(ji)于(yu)監測(ce)的3×16處(chu)點(dian)位(wei)的流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)數據，構建斷(duan)面的流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)矩陣數據，制作4個監測(ce)斷(duan)面的深隧(sui)管道斷(duan)面流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)圖(tu)（見圖(tu)6）。從圖(tu)6中的流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)可看出，貼近(jin)管壁處(chu)的流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)均存在(zai)低于(yu)0.65m/s的區域，即低于(yu)理論的不(bu)淤流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)，使得(de)靠(kao)近(jin)管壁處(chu)的懸(xuan)浮物易沉(chen)積而不(bu)易沖刷(shua)再(zai)懸(xuan)浮；此外(wai)越(yue)靠(kao)近(jin)下(xia)游則低流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)區域越(yue)大(da)，下(xia)游深隧(sui)水力條件(jian)受末端(duan)抽排泵站影響，整體(ti)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)下(xia)降，淤積風險較高。從流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)情況來看，從4#井(jing)(jing)監測(ce)斷(duan)面開始，深隧(sui)管道流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)不(bu)再(zai)呈現對(dui)稱的同心(xin)圓形(xing)態(tai)，而開始出現右偏心(xin)形(xing)態(tai)，這是由(you)于(yu)4#井(jing)(jing)為(wei)支隧(sui)的匯流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)井(jing)(jing)，匯流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)對(dui)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)(su)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)造成(cheng)明顯影響，且該影響一直延伸(shen)至(zhi)深隧(sui)末端(duan)。

由上述結(jie)果可以(yi)判斷(duan)，在(zai)平均流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)滿足設計條件時，其靠(kao)近(jin)管(guan)(guan)道內壁(bi)處流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)存在(zai)大(da)量(liang)(liang)低于(yu)設計流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)的區域，實際(ji)運行(xing)條件難以(yi)滿足深(shen)隧運行(xing)的不淤(yu)(yu)流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)的設計要求，僅(jin)通過測量(liang)(liang)單一(yi)平均流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)，無法反(fan)映(ying)深(shen)隧等大(da)管(guan)(guan)徑管(guan)(guan)道的實際(ji)運行(xing)流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)。因此，對深(shen)隧淤(yu)(yu)積風險評(ping)估(gu)需采用互相關流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)監測技術來(lai)獲得靠(kao)近(jin)管(guan)(guan)壁(bi)的實際(ji)流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)，并基(ji)于(yu)該(gai)實際(ji)流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)進行(xing)風險評(ping)估(gu)，且通過提(ti)升流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)來(lai)實現淤(yu)(yu)積沖刷(shua)時，也(ye)同樣(yang)需要以(yi)靠(kao)近(jin)管(guan)(guan)壁(bi)處的流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)為參考標(biao)準(zhun)。

05結論

將超聲波互相關流量(liang)監測(ce)(ce)(ce)(ce)技術成功(gong)應用于(yu)大(da)(da)東(dong)湖污水深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)中，滿足深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)監測(ce)(ce)(ce)(ce)的高防(fang)水性、免維護的設備安裝要求，實現對深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)管(guan)道斷面上3×16的測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)點位的實際(ji)流速的在(zai)(zai)線監測(ce)(ce)(ce)(ce)。基于(yu)監測(ce)(ce)(ce)(ce)獲得深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)流量(liang)與流速數據，可實現對深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)轉輸(shu)水量(liang)的實時掌(zhang)控(kong)，同時可為(wei)深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)在(zai)(zai)線水力模(mo)型(xing)提供校(xiao)準條件(jian)，并作為(wei)深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)淤積風(feng)險評估模(mo)型(xing)的輸(shu)入(ru)參數，為(wei)大(da)(da)東(dong)湖深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)運行(xing)狀態監控(kong)與運維工(gong)作提供可靠(kao)保障。監測(ce)(ce)(ce)(ce)結果顯示，深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)由于(yu)其管(guan)徑較大(da)(da)，平(ping)均流速無(wu)法反映深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)管(guan)壁(bi)(bi)處(chu)的實際(ji)流速，在(zai)(zai)通過流速控(kong)制深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)淤積風(feng)險時，應充分考慮(lv)平(ping)均流速與管(guan)壁(bi)(bi)實際(ji)流速的差值。在(zai)(zai)深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)內(nei)部進行(xing)流量(liang)監測(ce)(ce)(ce)(ce)國內(nei)尚屬首次實踐探索(suo)，其成功(gong)安裝經(jing)驗為(wei)其他深(shen)(shen)隧(sui)(sui)(sui)系統的水下(xia)流量(liang)監測(ce)(ce)(ce)(ce)提供了可借鑒(jian)的方案。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章