山东黄河重点用水户引水计量系统研制

张 涛，见桂芹，刘其鑫

（山东黄河河务局供水局，山东 济南 250011）

黄河是山东省主要的客水资源，近年来，全省已有11个市68个县（市、区）用上了黄河水，年均引黄水量约占全省地表水用水量的48.3%左右。山东黄河还担负着引黄济津、引黄入卫、引黄济青、引黄济淄、河口地区生态供水等重要任务。引黄供水已由单纯的农业灌溉发展成为多目标供水，对山东省经济社会发展发挥着越来越重要的支撑作用。与此同时，黄河水资源的供需矛盾日益尖锐，维持黄河不断流的任务越来越艰巨。如何进一步加强对区域用水的监控与管理，在确保贯彻落实“最严格的水资源管理制度”的前提下，促进山东省经济社会又好又快发展，是山东引黄供水亟待解决的问题。

结合山东引黄供水生产的实际情况，山东黄河供水局启动了“重点用水户引水计量系统”的研制开发，经过认真调研、软硬件设计试产及引水站点现场试验，目前该系统已经在山东35座重点引黄水库安装了引水计量监测传输设备，并完成了系统计算机网络架构，实现了对主要引黄用水户引水数据的实时采集、传输、保存和管理，取得了显著的经济效益与社会效益。

1 项目研发背景

按照黄河水资源管理与调度制度的要求，引黄取水必须严格区分用途，大中型平原水库作为山东重点非农业引黄用水户，如何及时、准确计量其入库水量，成为落实“两水分供”制度的关键。

长期以来，突破平原水库引水计量的技术瓶颈始终是摆在面前的一大难题，原因主要在于：

1）各水库水泵类型、规格不统一，泵站生产条件千差万别，直接导致了对计量设备需求的巨大差异性，目前常用的水泵计量设备，没有一种可以同时胜任所有山东重点引黄水库的泵站引水计量工作。

2）下游黄河水泥沙含量大，其他水利工程中常规使用的引水计量设备，在引黄供水生产中难以发挥正常作用，计量误差较大。

3）引黄取水水泵清淤检修十分频繁，常规计量设备多直接安装于管道内部或依附于泵体，随着水泵的检修，反复地拆装计量设备，不但带来了工作不便，更会大大缩短计量设备的使用寿命。

由于缺少有效的引水计量设备，为尽量掌握平原水库取水情况、最大限度保证黄河水资源的有效利用，黄河供水部门只能利用一些诸如人工计时、按照多年经验协商确定引水量等方法，粗略计量入库水量，甚至在引水高峰期，被迫采取蹲点、暗访等非常手段，尽力减少“农水工用、多引少报”等违规引水现象的发生，但总体来讲，传统引水计量的方式方法，精度低、及时率差、人员劳动强度大，存在诸多弊端。

基于引黄取水对计量设备的特殊要求，在广泛调研、大量技术比对的基础上，开创性地提出利用特定设备实时自动采集引黄水库水泵工作时长，同时根据水泵功率、引水条件得出每台水泵单位时间抽水量，由这两个关键数据计算水库引水量的新技术方法。该方法在实时远程计量引黄入库水量方面实现了重大技术突破。

2 系统设计

2.1 主要技术原理

该系统按照功能划分为四部分：水量量测子系统，信息传输子系统，信息存储子系统，信息管理子系统。

1）水量量测子系统。水泵引水量计算主要由SSJ-6时间流量结算仪完成，其工作原理是由传感器通过感应水泵电机动力线通断状态，启动计时功能，计量水泵的工作时间，乘以人工输入的水泵每小时额定流量，计算出水泵的抽水量。

2）信息传输子系统。信息传输系统由中心站、各取水口遥测基站和数据传输网络3部分组成。中心站由数据库服务器、通讯软件、局域网、路由器、防火墙、终端计算机等组成。取水口遥测基站将流量计采集的信息暂时性存储，接受从网络传递的实时采集信号，将流量计采集的信息及时上报。数据传输网络由 GPRS无线终端和中国移动的 GPRS网络组成。通讯软件通过无线终端发送监测数据到中国移动的GPRS数据服务器，从GPRS数据服务器上发来的数据，经过Internet最终进入数据服务器进行存储处理。

3）信息存储子系统。各项现场采集数据，由信息传输通道最终传送至系统专用数据服务器，系统数据库基于SQL Server开发，服务器处于局域网防火墙及防病毒软件的多重保护之下，数据安全性有较高保证。

4）信息处理子系统。应用软件主要实现两大功能：数据接收及处理功能，主要实现数据采集，监测数据实时动态显示、系统运行状态动态显示、远程设置、数据分析及报表处理等功能；数据控制功能，主要实现站点设备配置、用户增减和权限设置等功能。

2．2 性能指标

1）SSJ-6 计时器。主机：功率:＜ 0.005 W；温度：-20℃～+50℃；湿度：＜90%。液晶显示：1行×8字，可显示以下结果，A组：瞬时小时流量，m3/h；B组：正向累加流量，m3。

2）信号转换器。信号转换器负责从SSJ-6中读出数据并存储；每分钟与SSJ-6通讯一次，读取数据；实现与基站的数据通讯。

3）GPRS 基站。

通信模块（DTU）。 工作电流≤230 mA，值守电流≤12 mA，电压范围10～30V；接口形式：RS-485/RS-232C，实时数据透明无线传输；协议：内嵌TCP/IP协议，包括 TCP、UDP、SOCKET等；传输方式：支持域名解析，支持AT指令集，SMS。

电源防雷。采用 AC220V（L/N/PE）Ⅲ级电源防雷，技术指标如下：标称工作电压Un：AC220 V，工作电流 Ie：16 A；标称通流容量 In：15 kA （8/20 μs）； 最大容通电流 Imax ：20 kA （8/20 μs）；响应时间 ta：＜ 25 ns。

2.3 成果先进性

1）该系统通过电磁感应的方法测量引黄水库水泵工作时长，同时根据水泵功率、引水条件得出每台水泵单位时间抽水量，由这两个关键数据计算水库引水量。这种新的技术方法，避免了由于水泵规格不统一、黄河水泥沙含量大等因素导致的计量误差，同时避免了停泵打孔等传统设备安装措施对泵房设备的破坏，便于长期管理维护。

2）系统计量数据的采集、传输、存储、管理全部实现了自动化与实时化，同时海量计量数据能够按照时段、站点等要素，进行归类处理，生成多种分析报表，为引黄供水生产调度提供决策依据。

3）该系统采用开放式架构设计，为今后设备扩充、技术升级、多系统整合等预留了操作空间，提高了系统资源利用率。

3 结语

重点用水户引水计量系统实现了引黄供水信息采集、传输、处理的全过程自动化，数据的及时性、精确性较传统人工计量方法大为提高，该系统已经成为引黄供水工作的重要技术手段，为加强黄河水资源保护，及时了解引黄供水情况，提供了重要的参考依据。系统的建设使用，提高了山东黄河水资源管理与调度工作的现代化、科学化水平，减轻了一线职工的劳动强度，效果显著。

目前，系统运行较为平稳，达到了系统设计的预期目的，取得了良好的经济效益与社会效益。2011年11月14日，该项目通过了初步竣工验收，2012年4月26日，该项目通过了黄河水利委员会技术审查。