三角堰計量法在填埋場垃圾滲瀝液流量計量中的應用

鄭建程，陳家偉

(1.泉州市環境衛生管理處，福建 泉州 362002；2.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北武漢430014)

污水處理工程中有巴氏計量法和流量計計量法［1］。由于滲瀝液水量變化范圍較大，巴氏計量法的計量誤差較大，因此，流量計計量法是生活垃圾衛生填埋場中最常用的方法。在實際使用過程中，由于垃圾滲瀝液屬于重力流，流量計計量需在管道滿管的狀態下才能精確計量，所以流量計一般都安裝在U型管道的底部橫管上。即使經過初步的沉砂處理，垃圾滲瀝液的高黏度和高SS也很容易造成U型管道的斷面變小，甚至堵塞，造成長期垃圾滲瀝液的計量流量高于實際值，不能為滲瀝液處理系統的建設和運行提供準確的參考數據。因此，筆者提出一個更有效的垃圾滲瀝液的計量方法——三角堰計量法，并結合實際工程，對該方法應用進行了介紹和分析。

1 三角堰計量法原理

三角堰是薄壁堰的一種，三角堰計量法常用于給水工程中沉淀池的出水流量計量，其最大的優點是，小水頭的水面寬度小，流量的微小變化將引起較大的水頭變化，當Q＜0.1 m3/s時，仍可得到較高的精度。

根據水力學薄壁堰出流流量的基本公式：

Q∝及湯普森試驗的結果，得到，當堰口夾角θ=90°時：

Q=1.4H2.5

其中：Q為過堰流量（m3/s）；H為過堰水深（m）。

應用范圍：0.05 m≤H≤0.25 m，水深a≥2H；堰口間距B≥ （3～4）H［2］。

三角堰的堰口容易清理，不易出現堵塞或堰口截面變小的情況，不影響測量精度且三角堰計量法的測量范圍大。綜合上述2個原因該方法正適合用于流量變化較大的垃圾滲瀝液的流量計量。

2 三角堰計量法計量垃圾滲瀝液流量的實際應用

2.1 總體方案

以福建省廈門市某生活垃圾衛生填埋場為例，根據實際統計資料，該填埋場每天產生滲瀝液500～5 000 m3/d。原設計采用的滲瀝液計量方法為流量計計量法，并且在計量池之前設有沉砂池，從實際使用情況來看，流量計所在的倒U型管堵塞嚴重，所計量的流量遠大于實際流量，同時垃圾滲瀝液在不斷排出，為保證滲瀝液順利排出，該U型管一直未疏通，原流量計已失去計量功能。

通過對沖動性購買行為的相關文獻進行歸納分析，發現現有文獻的研究熱點是消費者沖動性購買行為的影響因素，這方面的研究可以擴展出更多的具體研究情境下消費者的沖動性購買行為受什么因素的影響，同時，可以結合營銷心理學方面的知識，研究消費者沖動性購買行為發生時其心理狀態的變化。

先拆除原有計量系統，再根據三角堰板的設計要求，在原滲瀝液沉砂池內設置三角堰板，并固定于磚砌墻上；安裝液位計與沉砂池側壁進行液位計量，通過自控控制系統將液位數據轉換成為流量數據；自由跌水高度不小于0.5 m。具體布置見圖1。

圖1 三角堰計量總體布置

2.2 三角堰設計

如圖2所示每個沉砂池中的三角堰設置3個堰口，堰口的夾角為90°，頂寬度為40 cm，深度為20 cm，堰口的間距為85 cm，三角堰堰頂的高程為+51.300 m。

圖2 三角堰板設計

三角堰采用不銹鋼材料，高1.4 m，寬3 m，建高0.8 m，寬3 m磚砌墻，三角堰下部采用不銹鋼膨脹螺栓固定的方式將其固定于磚砌墻上，上部采用L型鋼和膨脹螺栓固定的方式將其固定于沉砂池池壁。為防止滲瀝液從沉砂區域向出水區域滲漏的情況出現，需做好防滲處理。

2.3 出水設計

為計量精確，三角堰出水需要自由跌水，跌水高度為50 cm，設計出水區域的液面高度為+50.800 m，在出水區域池壁上設置DN500溢流管1根，溢流口標高為+50.800 m，將滲瀝液從出水區域排放至調節池中。

2.4 設備選取

超聲波液位計為整套計量系統的核心設備，其精度的高低直接決定了計量的精確度，需選用高精度超聲波液位計，測量誤差±3 mm以內。

控制計算機需24 h連續運行采集數據，需配備穩定性高，存儲容量大的計算機。

2.5 程序編寫

編寫的控制程序需要有3個功能：①實現遠程超聲波液位計的啟動和關閉；②數據處理，能夠將液位高程轉換為瞬時流量，并且能夠統計任意時間段內滲瀝液的產生量；③可以對測量結果進行校正。

3 測量范圍、精度及誤差分析

3.1 測量范圍

設定該滲瀝液流量計量方案的精確段為堰口出水高度5～15 cm，計量的堰板共2塊，每塊堰板設有3個堰口，總流量計量范圍402～6 324 m3/d，與本填埋場的實際出水量的范圍基本一致，測量范圍內流量越大計量精度越高，能夠滿足滲瀝液流量檢測范圍的要求。

3.2 測量精度檢驗

表1 單塊堰板計量系統誤差

根據上述誤差計算結果，堰口的高度越高，計量的系統誤差越小，計量有效范圍內的誤差最大為15.9%，最低為5.1%。遠期本填埋場的平均滲瀝液日流量為920 m3/d，單塊堰板的流量為460 m3/d，瞬時流量測量的誤差≤11.3%。

但是從實際應用意義，垃圾滲瀝液處理更注重的是每天的滲瀝液總量，瞬時流量只作為參考。由于填埋場的滲瀝液主要來自于大氣降水，其產流模式類似于河流的徑流產流模式，某一場次的降雨引起的滲瀝液流量（Q）、時間（t）的分布規律符合皮爾遜Ⅲ型分布規律，結合填埋場的相關經驗，滲瀝液流量在短時間內不會產生過大的波動，同時，滲瀝液液面波動變化的周期要遠小于徑流流量產生較大變化所需的時間［3］，因此可認為在液面波動變化的周期內，平均液面的高度是不變的。同時，根據統計學的規律，由于儀器檢測限不足、液面波動等原因產生偶然誤差呈正態分布，在不考慮系統誤差的情況下，三角堰計量法檢測到的滲瀝液流量平均值與真實值基本一致，因此可以認為，在液面高度基本不變的周期內，檢測出的滲瀝液流量的平均值即可作為該段時間內的準確值使用。單位時間的滲瀝液流量累加即可得到精度較高的滲瀝液日產生量。

3.3 誤差分析

3.3.1 偶然誤差

根據上節內容，三角堰計量法引起偶然誤差的主要原因有儀器檢測限不足、液面波動等因素。

隨著測定次數的增加，正負誤差可以相互抵償，誤差的平均值將逐漸趨向于零。在三角堰計量法應用過程中，液位計的精度越高，檢測頻率越高，偶然誤差越小。

3.3.2 系統誤差

三角堰計量法中引起系統誤差主要原因有池壁滲漏、堰口斷面減小、泥沙堆積等因素。

三角堰與池壁之間如發生滲漏，使得計量結果偏小。因此，在施工過程中，需做好三角堰與池壁及池底的防滲措施，避免滲瀝液從其他區域滲漏。

由于垃圾滲瀝液的黏性較大，SS含量較高，三角堰板使用一段時間后，堰口會有SS黏附，減少了過水的斷面面積，在相同的流量下，液位高于正常液位，計量結果大于實際值。因此，在運行過程中需及時清洗三角堰堰口，確保堰口不黏附SS，減小出水斷面。

沉砂池中泥沙堆積較多時會增加磚砌墻的壓力，造成對堰板的破壞；同時會減小沉砂池水深，易造成堰口處液面波動，增加計量結果的隨機誤差。因此，需及時清除沉砂池內的泥沙。

4 結論

三角堰計量法已應用于福建的部分填埋場，并取得了良好的效果。三角堰計量法計量滲瀝液流量簡單易實施，設備、構筑物易維護管理，計量范圍較寬，是非常適用于填埋場垃圾滲瀝液流量計量的方法。

［1］北京市政工程設計研究總院.給水排水設計手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

［2］李家星，趙振興.水力學［M］.南京：河海大學出版社，2001.

［3］張文杰.城市生活垃圾填埋場中水分運移規律研究［D］.杭州：浙江大學，2007.