三角堰计量法在填埋场垃圾渗沥液流量计量中的应用

郑建程，陈家伟

(1.泉州市环境卫生管理处，福建 泉州 362002；2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430014)

污水处理工程中有巴氏计量法和流量计计量法［1］。由于渗沥液水量变化范围较大，巴氏计量法的计量误差较大，因此，流量计计量法是生活垃圾卫生填埋场中最常用的方法。在实际使用过程中，由于垃圾渗沥液属于重力流，流量计计量需在管道满管的状态下才能精确计量，所以流量计一般都安装在U型管道的底部横管上。即使经过初步的沉砂处理，垃圾渗沥液的高黏度和高SS也很容易造成U型管道的断面变小，甚至堵塞，造成长期垃圾渗沥液的计量流量高于实际值，不能为渗沥液处理系统的建设和运行提供准确的参考数据。因此，笔者提出一个更有效的垃圾渗沥液的计量方法——三角堰计量法，并结合实际工程，对该方法应用进行了介绍和分析。

1 三角堰计量法原理

三角堰是薄壁堰的一种，三角堰计量法常用于给水工程中沉淀池的出水流量计量，其最大的优点是，小水头的水面宽度小，流量的微小变化将引起较大的水头变化，当Q＜0.1 m3/s时，仍可得到较高的精度。

根据水力学薄壁堰出流流量的基本公式：

Q∝及汤普森试验的结果，得到，当堰口夹角θ=90°时：

Q=1.4H2.5

其中：Q为过堰流量（m3/s）；H为过堰水深（m）。

应用范围：0.05 m≤H≤0.25 m，水深a≥2H；堰口间距B≥ （3～4）H［2］。

三角堰的堰口容易清理，不易出现堵塞或堰口截面变小的情况，不影响测量精度且三角堰计量法的测量范围大。综合上述2个原因该方法正适合用于流量变化较大的垃圾渗沥液的流量计量。

2 三角堰计量法计量垃圾渗沥液流量的实际应用

2.1 总体方案

以福建省厦门市某生活垃圾卫生填埋场为例，根据实际统计资料，该填埋场每天产生渗沥液500～5 000 m3/d。原设计采用的渗沥液计量方法为流量计计量法，并且在计量池之前设有沉砂池，从实际使用情况来看，流量计所在的倒U型管堵塞严重，所计量的流量远大于实际流量，同时垃圾渗沥液在不断排出，为保证渗沥液顺利排出，该U型管一直未疏通，原流量计已失去计量功能。

通过对冲动性购买行为的相关文献进行归纳分析，发现现有文献的研究热点是消费者冲动性购买行为的影响因素，这方面的研究可以扩展出更多的具体研究情境下消费者的冲动性购买行为受什么因素的影响，同时，可以结合营销心理学方面的知识，研究消费者冲动性购买行为发生时其心理状态的变化。

先拆除原有计量系统，再根据三角堰板的设计要求，在原渗沥液沉砂池内设置三角堰板，并固定于砖砌墙上；安装液位计与沉砂池侧壁进行液位计量，通过自控控制系统将液位数据转换成为流量数据；自由跌水高度不小于0.5 m。具体布置见图1。

图1 三角堰计量总体布置

2.2 三角堰设计

如图2所示每个沉砂池中的三角堰设置3个堰口，堰口的夹角为90°，顶宽度为40 cm，深度为20 cm，堰口的间距为85 cm，三角堰堰顶的高程为+51.300 m。

图2 三角堰板设计

三角堰采用不锈钢材料，高1.4 m，宽3 m，建高0.8 m，宽3 m砖砌墙，三角堰下部采用不锈钢膨胀螺栓固定的方式将其固定于砖砌墙上，上部采用L型钢和膨胀螺栓固定的方式将其固定于沉砂池池壁。为防止渗沥液从沉砂区域向出水区域渗漏的情况出现，需做好防渗处理。

2.3 出水设计

为计量精确，三角堰出水需要自由跌水，跌水高度为50 cm，设计出水区域的液面高度为+50.800 m，在出水区域池壁上设置DN500溢流管1根，溢流口标高为+50.800 m，将渗沥液从出水区域排放至调节池中。

2.4 设备选取

超声波液位计为整套计量系统的核心设备，其精度的高低直接决定了计量的精确度，需选用高精度超声波液位计，测量误差±3 mm以内。

控制计算机需24 h连续运行采集数据，需配备稳定性高，存储容量大的计算机。

2.5 程序编写

编写的控制程序需要有3个功能：①实现远程超声波液位计的启动和关闭；②数据处理，能够将液位高程转换为瞬时流量，并且能够统计任意时间段内渗沥液的产生量；③可以对测量结果进行校正。

3 测量范围、精度及误差分析

3.1 测量范围

设定该渗沥液流量计量方案的精确段为堰口出水高度5～15 cm，计量的堰板共2块，每块堰板设有3个堰口，总流量计量范围402～6 324 m3/d，与本填埋场的实际出水量的范围基本一致，测量范围内流量越大计量精度越高，能够满足渗沥液流量检测范围的要求。

3.2 测量精度检验

表1 单块堰板计量系统误差

根据上述误差计算结果，堰口的高度越高，计量的系统误差越小，计量有效范围内的误差最大为15.9%，最低为5.1%。远期本填埋场的平均渗沥液日流量为920 m3/d，单块堰板的流量为460 m3/d，瞬时流量测量的误差≤11.3%。

但是从实际应用意义，垃圾渗沥液处理更注重的是每天的渗沥液总量，瞬时流量只作为参考。由于填埋场的渗沥液主要来自于大气降水，其产流模式类似于河流的径流产流模式，某一场次的降雨引起的渗沥液流量（Q）、时间（t）的分布规律符合皮尔逊Ⅲ型分布规律，结合填埋场的相关经验，渗沥液流量在短时间内不会产生过大的波动，同时，渗沥液液面波动变化的周期要远小于径流流量产生较大变化所需的时间［3］，因此可认为在液面波动变化的周期内，平均液面的高度是不变的。同时，根据统计学的规律，由于仪器检测限不足、液面波动等原因产生偶然误差呈正态分布，在不考虑系统误差的情况下，三角堰计量法检测到的渗沥液流量平均值与真实值基本一致，因此可以认为，在液面高度基本不变的周期内，检测出的渗沥液流量的平均值即可作为该段时间内的准确值使用。单位时间的渗沥液流量累加即可得到精度较高的渗沥液日产生量。

3.3 误差分析

3.3.1 偶然误差

根据上节内容，三角堰计量法引起偶然误差的主要原因有仪器检测限不足、液面波动等因素。

随着测定次数的增加，正负误差可以相互抵偿，误差的平均值将逐渐趋向于零。在三角堰计量法应用过程中，液位计的精度越高，检测频率越高，偶然误差越小。

3.3.2 系统误差

三角堰计量法中引起系统误差主要原因有池壁渗漏、堰口断面减小、泥沙堆积等因素。

三角堰与池壁之间如发生渗漏，使得计量结果偏小。因此，在施工过程中，需做好三角堰与池壁及池底的防渗措施，避免渗沥液从其他区域渗漏。

由于垃圾渗沥液的黏性较大，SS含量较高，三角堰板使用一段时间后，堰口会有SS黏附，减少了过水的断面面积，在相同的流量下，液位高于正常液位，计量结果大于实际值。因此，在运行过程中需及时清洗三角堰堰口，确保堰口不黏附SS，减小出水断面。

沉砂池中泥沙堆积较多时会增加砖砌墙的压力，造成对堰板的破坏；同时会减小沉砂池水深，易造成堰口处液面波动，增加计量结果的随机误差。因此，需及时清除沉砂池内的泥沙。

4 结论

三角堰计量法已应用于福建的部分填埋场，并取得了良好的效果。三角堰计量法计量渗沥液流量简单易实施，设备、构筑物易维护管理，计量范围较宽，是非常适用于填埋场垃圾渗沥液流量计量的方法。

［1］北京市政工程设计研究总院.给水排水设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2004.

［2］李家星，赵振兴.水力学［M］.南京：河海大学出版社，2001.

［3］张文杰.城市生活垃圾填埋场中水分运移规律研究［D］.杭州：浙江大学，2007.