山東黃河重點(diǎn)用水戶引水計(jì)量系統(tǒng)研制

張 濤，見桂芹，劉其鑫

（山東黃河河務(wù)局供水局，山東 濟(jì)南 250011）

黃河是山東省主要的客水資源，近年來，全省已有11個(gè)市68個(gè)縣（市、區(qū)）用上了黃河水，年均引黃水量約占全省地表水用水量的48.3%左右。山東黃河還擔(dān)負(fù)著引黃濟(jì)津、引黃入衛(wèi)、引黃濟(jì)青、引黃濟(jì)淄、河口地區(qū)生態(tài)供水等重要任務(wù)。引黃供水已由單純的農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展成為多目標(biāo)供水，對山東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著越來越重要的支撐作用。與此同時(shí)，黃河水資源的供需矛盾日益尖銳，維持黃河不斷流的任務(wù)越來越艱巨。如何進(jìn)一步加強(qiáng)對區(qū)域用水的監(jiān)控與管理，在確保貫徹落實(shí)“最嚴(yán)格的水資源管理制度”的前提下，促進(jìn)山東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展，是山東引黃供水亟待解決的問題。

結(jié)合山東引黃供水生產(chǎn)的實(shí)際情況，山東黃河供水局啟動(dòng)了“重點(diǎn)用水戶引水計(jì)量系統(tǒng)”的研制開發(fā)，經(jīng)過認(rèn)真調(diào)研、軟硬件設(shè)計(jì)試產(chǎn)及引水站點(diǎn)現(xiàn)場試驗(yàn)，目前該系統(tǒng)已經(jīng)在山東35座重點(diǎn)引黃水庫安裝了引水計(jì)量監(jiān)測傳輸設(shè)備，并完成了系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對主要引黃用水戶引水?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、保存和管理，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 項(xiàng)目研發(fā)背景

按照黃河水資源管理與調(diào)度制度的要求，引黃取水必須嚴(yán)格區(qū)分用途，大中型平原水庫作為山東重點(diǎn)非農(nóng)業(yè)引黃用水戶，如何及時(shí)、準(zhǔn)確計(jì)量其入庫水量，成為落實(shí)“兩水分供”制度的關(guān)鍵。

長期以來，突破平原水庫引水計(jì)量的技術(shù)瓶頸始終是擺在面前的一大難題，原因主要在于：

1）各水庫水泵類型、規(guī)格不統(tǒng)一，泵站生產(chǎn)條件千差萬別，直接導(dǎo)致了對計(jì)量設(shè)備需求的巨大差異性，目前常用的水泵計(jì)量設(shè)備，沒有一種可以同時(shí)勝任所有山東重點(diǎn)引黃水庫的泵站引水計(jì)量工作。

2）下游黃河水泥沙含量大，其他水利工程中常規(guī)使用的引水計(jì)量設(shè)備，在引黃供水生產(chǎn)中難以發(fā)揮正常作用，計(jì)量誤差較大。

3）引黃取水水泵清淤檢修十分頻繁，常規(guī)計(jì)量設(shè)備多直接安裝于管道內(nèi)部或依附于泵體，隨著水泵的檢修，反復(fù)地拆裝計(jì)量設(shè)備，不但帶來了工作不便，更會(huì)大大縮短計(jì)量設(shè)備的使用壽命。

由于缺少有效的引水計(jì)量設(shè)備，為盡量掌握平原水庫取水情況、最大限度保證黃河水資源的有效利用，黃河供水部門只能利用一些諸如人工計(jì)時(shí)、按照多年經(jīng)驗(yàn)協(xié)商確定引水量等方法，粗略計(jì)量入庫水量，甚至在引水高峰期，被迫采取蹲點(diǎn)、暗訪等非常手段，盡力減少“農(nóng)水工用、多引少報(bào)”等違規(guī)引水現(xiàn)象的發(fā)生，但總體來講，傳統(tǒng)引水計(jì)量的方式方法，精度低、及時(shí)率差、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在諸多弊端。

基于引黃取水對計(jì)量設(shè)備的特殊要求，在廣泛調(diào)研、大量技術(shù)比對的基礎(chǔ)上，開創(chuàng)性地提出利用特定設(shè)備實(shí)時(shí)自動(dòng)采集引黃水庫水泵工作時(shí)長，同時(shí)根據(jù)水泵功率、引水條件得出每臺(tái)水泵單位時(shí)間抽水量，由這兩個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)計(jì)算水庫引水量的新技術(shù)方法。該方法在實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程計(jì)量引黃入庫水量方面實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主要技術(shù)原理

該系統(tǒng)按照功能劃分為四部分：水量量測子系統(tǒng)，信息傳輸子系統(tǒng)，信息存儲(chǔ)子系統(tǒng)，信息管理子系統(tǒng)。

1）水量量測子系統(tǒng)。水泵引水量計(jì)算主要由SSJ-6時(shí)間流量結(jié)算儀完成，其工作原理是由傳感器通過感應(yīng)水泵電機(jī)動(dòng)力線通斷狀態(tài)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)功能，計(jì)量水泵的工作時(shí)間，乘以人工輸入的水泵每小時(shí)額定流量，計(jì)算出水泵的抽水量。

2）信息傳輸子系統(tǒng)。信息傳輸系統(tǒng)由中心站、各取水口遙測基站和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)3部分組成。中心站由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通訊軟件、局域網(wǎng)、路由器、防火墻、終端計(jì)算機(jī)等組成。取水口遙測基站將流量計(jì)采集的信息暫時(shí)性存儲(chǔ)，接受從網(wǎng)絡(luò)傳遞的實(shí)時(shí)采集信號(hào)，將流量計(jì)采集的信息及時(shí)上報(bào)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)由 GPRS無線終端和中國移動(dòng)的 GPRS網(wǎng)絡(luò)組成。通訊軟件通過無線終端發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)到中國移動(dòng)的GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)器，從GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)器上發(fā)來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過Internet最終進(jìn)入數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)處理。

3）信息存儲(chǔ)子系統(tǒng)。各項(xiàng)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，由信息傳輸通道最終傳送至系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)服務(wù)器，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基于SQL Server開發(fā)，服務(wù)器處于局域網(wǎng)防火墻及防病毒軟件的多重保護(hù)之下，數(shù)據(jù)安全性有較高保證。

4）信息處理子系統(tǒng)。應(yīng)用軟件主要實(shí)現(xiàn)兩大功能：數(shù)據(jù)接收及處理功能，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示、遠(yuǎn)程設(shè)置、數(shù)據(jù)分析及報(bào)表處理等功能；數(shù)據(jù)控制功能，主要實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)設(shè)備配置、用戶增減和權(quán)限設(shè)置等功能。

2．2 性能指標(biāo)

1）SSJ-6 計(jì)時(shí)器。主機(jī)：功率:＜ 0.005 W；溫度：-20℃～+50℃；濕度：＜90%。液晶顯示：1行×8字，可顯示以下結(jié)果，A組：瞬時(shí)小時(shí)流量，m3/h；B組：正向累加流量，m3。

2）信號(hào)轉(zhuǎn)換器。信號(hào)轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)從SSJ-6中讀出數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)；每分鐘與SSJ-6通訊一次，讀取數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)與基站的數(shù)據(jù)通訊。

3）GPRS 基站。

通信模塊（DTU）。 工作電流≤230 mA，值守電流≤12 mA，電壓范圍10～30V；接口形式：RS-485/RS-232C，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)透明無線傳輸；協(xié)議：內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，包括 TCP、UDP、SOCKET等；傳輸方式：支持域名解析，支持AT指令集，SMS。

電源防雷。采用 AC220V（L/N/PE）Ⅲ級(jí)電源防雷，技術(shù)指標(biāo)如下：標(biāo)稱工作電壓Un：AC220 V，工作電流 Ie：16 A；標(biāo)稱通流容量 In：15 kA （8/20 μs）； 最大容通電流 Imax ：20 kA （8/20 μs）；響應(yīng)時(shí)間 ta：＜ 25 ns。

2.3 成果先進(jìn)性

1）該系統(tǒng)通過電磁感應(yīng)的方法測量引黃水庫水泵工作時(shí)長，同時(shí)根據(jù)水泵功率、引水條件得出每臺(tái)水泵單位時(shí)間抽水量，由這兩個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)計(jì)算水庫引水量。這種新的技術(shù)方法，避免了由于水泵規(guī)格不統(tǒng)一、黃河水泥沙含量大等因素導(dǎo)致的計(jì)量誤差，同時(shí)避免了停泵打孔等傳統(tǒng)設(shè)備安裝措施對泵房設(shè)備的破壞，便于長期管理維護(hù)。

2）系統(tǒng)計(jì)量數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、管理全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化與實(shí)時(shí)化，同時(shí)海量計(jì)量數(shù)據(jù)能夠按照時(shí)段、站點(diǎn)等要素，進(jìn)行歸類處理，生成多種分析報(bào)表，為引黃供水生產(chǎn)調(diào)度提供決策依據(jù)。

3）該系統(tǒng)采用開放式架構(gòu)設(shè)計(jì)，為今后設(shè)備擴(kuò)充、技術(shù)升級(jí)、多系統(tǒng)整合等預(yù)留了操作空間，提高了系統(tǒng)資源利用率。

3 結(jié)語

重點(diǎn)用水戶引水計(jì)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了引黃供水信息采集、傳輸、處理的全過程自動(dòng)化，數(shù)據(jù)的及時(shí)性、精確性較傳統(tǒng)人工計(jì)量方法大為提高，該系統(tǒng)已經(jīng)成為引黃供水工作的重要技術(shù)手段，為加強(qiáng)黃河水資源保護(hù)，及時(shí)了解引黃供水情況，提供了重要的參考依據(jù)。系統(tǒng)的建設(shè)使用，提高了山東黃河水資源管理與調(diào)度工作的現(xiàn)代化、科學(xué)化水平，減輕了一線職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，效果顯著。

目前，系統(tǒng)運(yùn)行較為平穩(wěn)，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)期目的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。2011年11月14日，該項(xiàng)目通過了初步竣工驗(yàn)收，2012年4月26日，該項(xiàng)目通過了黃河水利委員會(huì)技術(shù)審查。