張 濤，見桂芹，劉其鑫

（山東黃河河務局供水局，山東 濟南 250011）

黃河是山東省主要的客水資源，近年來，全省已有11個市68個縣（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。山東黃河還擔負著引黃濟津、引黃入衛(wèi)、引黃濟青、引黃濟淄、河口地區(qū)生態(tài)供水等重要任務。引黃供水已由單純的農業(yè)灌溉發(fā)展成為多目標供水，對山東省經濟社會發(fā)展發(fā)揮著越來越重要的支撐作用。與此同時，黃河水資源的供需矛盾日益尖銳，維持黃河不斷流的任務越來越艱巨。如何進一步加強對區(qū)域用水的監(jiān)控與管理，在確保貫徹落實“最嚴格的水資源管理制度”的前提下，促進山東省經濟社會又好又快發(fā)展，是山東引黃供水亟待解決的問題。

結合山東引黃供水生產的實際情況，山東黃河供水局啟動了“重點用水戶引水計量系統(tǒng)”的研制開發(fā)，經過認真調研、軟硬件設計試產及引水站點現(xiàn)場試驗，目前該系統(tǒng)已經在山東35座重點引黃水庫安裝了引水計量監(jiān)測傳輸設備，并完成了系統(tǒng)計算機網絡架構，實現(xiàn)了對主要引黃用水戶引水數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、保存和管理，取得了顯著的經濟效益與社會效益。

1 項目研發(fā)背景

按照黃河水資源管理與調度制度的要求，引黃取水必須嚴格區(qū)分用途，大中型平原水庫作為山東重點非農業(yè)引黃用水戶，如何及時、準確計量其入庫水量，成為落實“兩水分供”制度的關鍵。

長期以來，突破平原水庫引水計量的技術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，泵站生產條件千差萬別，直接導致了對計量設備需求的巨大差異性，目前常用的水泵計量設備，沒有一種可以同時勝任所有山東重點引黃水庫的泵站引水計量工作。

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

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

由于缺少有效的引水計量設備，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時、按照多年經驗協(xié)商確定引水量等方法，粗略計量入庫水量，甚至在引水高峰期，被迫采取蹲點、暗訪等非常手段，盡力減少“農水工用、多引少報”等違規(guī)引水現(xiàn)象的發(fā)生，但總體來講，傳統(tǒng)引水計量的方式方法，精度低、及時率差、人員勞動強度大，存在諸多弊端。

基于引黃取水對計量設備的特殊要求，在廣泛調研、大量技術比對的基礎上，開創(chuàng)性地提出利用特定設備實時自動采集引黃水庫水泵工作時長，同時根據(jù)水泵功率、引水條件得出每臺水泵單位時間抽水量，由這兩個關鍵數(shù)據(jù)計算水庫引水量的新技術方法。該方法在實時遠程計量引黃入庫水量方面實現(xiàn)了重大技術突破。

2 系統(tǒng)設計

2.1 主要技術原理

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)。水泵引水量計算主要由SSJ-6時間流量結算儀完成，其工作原理是由傳感器通過感應水泵電機動力線通斷狀態(tài)，啟動計時功能，計量水泵的工作時間，乘以人工輸入的水泵每小時額定流量，計算出水泵的抽水量。

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)傳輸網絡3部分組成。中心站由數(shù)據(jù)庫服務器、通訊軟件、局域網、路由器、防火墻、終端計算機等組成。取水口遙測基站將流量計采集的信息暫時性存儲，接受從網絡傳遞的實時采集信號，將流量計采集的信息及時上報。數(shù)據(jù)傳輸網絡由 GPRS無線終端和中國移動的 GPRS網絡組成。通訊軟件通過無線終端發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)到中國移動的GPRS數(shù)據(jù)服務器，從GPRS數(shù)據(jù)服務器上發(fā)來的數(shù)據(jù)，經過Internet最終進入數(shù)據(jù)服務器進行存儲處理。

3）信息存儲子系統(tǒng)。各項現(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)服務器，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基于SQL Server開發(fā)，服務器處于局域網防火墻及防病毒軟件的多重保護之下，數(shù)據(jù)安全性有較高保證。

4）信息處理子系統(tǒng)。應用軟件主要實現(xiàn)兩大功能：數(shù)據(jù)接收及處理功能，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測數(shù)據(jù)實時動態(tài)顯示、系統(tǒng)運行狀態(tài)動態(tài)顯示、遠程設置、數(shù)據(jù)分析及報表處理等功能；數(shù)據(jù)控制功能，主要實現(xiàn)站點設備配置、用戶增減和權限設置等功能。

2．2 性能指標

1）SSJ-6 計時器。主機：功率:＜ 0.005 W；溫度：-20℃～+50℃；濕度：＜90%。液晶顯示：1行×8字，可顯示以下結果，A組：瞬時小時流量，m3/h；B組：正向累加流量，m3。

2）信號轉換器。信號轉換器負責從SSJ-6中讀出數(shù)據(jù)并存儲；每分鐘與SSJ-6通訊一次，讀取數(shù)據(jù)；實現(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，實時數(shù)據(jù)透明無線傳輸；協(xié)議：內嵌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級電源防雷，技術指標如下：標稱工作電壓Un：AC220 V，工作電流 Ie：16 A；標稱通流容量 In：15 kA （8/20 μs）； 最大容通電流 Imax ：20 kA （8/20 μs）；響應時間 ta：＜ 25 ns。

2.3 成果先進性

1）該系統(tǒng)通過電磁感應的方法測量引黃水庫水泵工作時長，同時根據(jù)水泵功率、引水條件得出每臺水泵單位時間抽水量，由這兩個關鍵數(shù)據(jù)計算水庫引水量。這種新的技術方法，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致的計量誤差，同時避免了停泵打孔等傳統(tǒng)設備安裝措施對泵房設備的破壞，便于長期管理維護。

2）系統(tǒng)計量數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、管理全部實現(xiàn)了自動化與實時化，同時海量計量數(shù)據(jù)能夠按照時段、站點等要素，進行歸類處理，生成多種分析報表，為引黃供水生產調度提供決策依據(jù)。

3）該系統(tǒng)采用開放式架構設計，為今后設備擴充、技術升級、多系統(tǒng)整合等預留了操作空間，提高了系統(tǒng)資源利用率。

3 結語

重點用水戶引水計量系統(tǒng)實現(xiàn)了引黃供水信息采集、傳輸、處理的全過程自動化，數(shù)據(jù)的及時性、精確性較傳統(tǒng)人工計量方法大為提高，該系統(tǒng)已經成為引黃供水工作的重要技術手段，為加強黃河水資源保護，及時了解引黃供水情況，提供了重要的參考依據(jù)。系統(tǒng)的建設使用，提高了山東黃河水資源管理與調度工作的現(xiàn)代化、科學化水平，減輕了一線職工的勞動強度，效果顯著。

目前，系統(tǒng)運行較為平穩(wěn)，達到了系統(tǒng)設計的預期目的，取得了良好的經濟效益與社會效益。2011年11月14日，該項目通過了初步竣工驗收，2012年4月26日，該項目通過了黃河水利委員會技術審查。