都江堰黑龙谭灌区测流方案.doc

黑龙滩杨柳引水渠流量监测 仪器选型及安装实施方案 北京金水中科科技有限公司 一、 基本概况 黑龙滩杨柳引水渠全长 3.6 公里，设计流量 35.0 立方米/秒，边 坡左岸 0.72，右岸.055，底宽 9 米，渠顶宽 16.3 米，最大流速约 1.0 米/秒，通水时间为每年 300 天左右，每年径流约 30000 万。 过去流量计量一直沿用水位法，即通过测量水位来换算流量， 其水位与流量呈现固定的关系曲线；但在下游修建电站后，出现了 雍水现象，水位流量关系不再成立，流量计量方法需改用流速面积 法，计量设备也得重新选择安装。 二、测流技术方案 1. 流量计选型 渠道流量计量方法主要有水位法与流速面积法： 水位法是通过测量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并经 经验公式或实验曲线换算成流量来实现计量的。因此水位法流量 计需要修建量水建筑物，且精度不高，当渠道沿程水头差较小时， 量水建筑物会产生水头损失而影响渠道过水；另一方面当量水建 筑物下游附近建有闸门等挡水建筑物时会在量水建筑物处形成淹 没出流，此时测量精度会大幅下降。 流速面积法则不需修建量水建筑物，通过测量过水断面面积（实 际上过水断面面积是通过测量的水位来换算求得的）与断面流速 来求得流量，并且精度高，且不受下游顶托水的影响。 流速面积法主要有可选设备有四种： 固定式 ADCP 法 １ 多普勒超声波法（纵向发射） 超声波时差法 由于本次监测渠道水流的水质含有较多杂质，因此不适合选用 超声波时差法；考虑水位变化很大，不宜使用固定式 ADCP 法（此 种方式的精度受水位变化影响很大）；因此选用多普勒超声波法 （纵向发射），此法产品国内只有北京金水中科科技有限公司开发 生产的 HOH-L-01 型多普勒超声波明渠流量计一种，其在技术性能 与国外同类产品一样的情况下，极具价格竞争优势。设备结构如下 图： ２ 2．输数据传 通讯方案有四种大类可选： a.有线方式:电缆、光缆 b.无线超短波电台:230M c.无线宽带通讯:CANPY d.公网通讯：GPRS、GSM 考虑造价及维护费用，选择公网通讯，考虑流量数据需实时上传 且上传时间间隔较短，故本方案中采用公网的 GPRS 数据通讯 3.电源 由于测流现场均为野外，无明用电可用，因此通讯设备的供电采用 大蓄电池或太阳能电源方式，考虑蓄电池需一个月维护一次，由于测点多 而分散，维护工作量很大，所以采用太阳能电源方式。现场由于没有建筑 物可用，考虑防盗需求，需要在测点旁竖立电杆以便架设太阳能板及其他 现场设备。 4.监控软件 监控软件安装于管理站专用服务器上，并将依照《国家防汛指挥系 统工程实时水雨情库表结构》制订的相关标准水情实时数据库，同时 ３ 提供基于 WEB 方式的浏览、查询及统计等功能，具体如下： a.数据采集功能： b.用水户管理: d.权限管理: e.统计分析功能 ①以报表形式显示各用水户的用水流量及累积用水量、 ②各用水户用水量的对比分析统计 ③各用水户的水费统计分析 ④以及相关的统计分析报表等 一个测点的标准设备配置方案如下表： 序号 名称 1 超声波明渠流 量计 HOH-L-01 数据电缆线 4 芯,0.5mm2(带通气孔) 2 规格 单位 数量 备注 套 1 包括流速水位传感器与二次 仪表,标准通讯线 10 米 根 1 最长 200 米 3 1 安装底座 台 GPRS 通讯仪 只 1 5 电源 套 1 DC12V 太 阳 能 供 电 系 统 或 AC220V 电源 6 避雷器 套 1 电源防雷 保护箱 只 1 放置二次仪表及通讯仪等 8 附属土建设施 处 1 安装底座及布置信号线 9 监控管理软件 套 1 10 其他 4 7 ４ 三、系统网络结构示意图 其中：①流量计由水位流速传感器与终端机（二次仪表）组成； ②监控管理软件安装于服务器上，BS 结构，管理者可在 任何地点上网登录查询及操控； ③服务器与固定 IP 最好租用电信运营商的。 ５ 四、设备安装方案 1．安装位置 要求渠道有足够的顺直段，且满足前 10 后 5 的要求（即安装位 置上游顺直段长度是渠宽的 10 倍，下游顺直段长度是渠宽的 5 倍）。现场在原测量断面位置下游约 60 米处靠近民房附近的位置 基本满足要求，因此设备安装在该位置，如下图： 探头在横断面上的安装位置如下图： ６ 探头尽量安装于渠道的底部，在有淤积的情况下可适当抬高安装位 置 10—20 厘米。 2．安装方式 有固定安装与便携式安装两种方式 1）固定安装：探头直接固定于渠道底部，电缆线从渠道底部沿渠 壁引出。优点是安装质量高、不易挂草等；缺点是安装与维修时均需停水 作业。 2）便携式安装 ：水下探头及电缆线安装于可拆卸支架上，再将支 架安置与渠道内。优点是维护与安装均很方便且不需停水作业；缺点是支 架本身可能容易挂草等。 ７ 考虑现场不宜经常停水及探头容易挂草及维护方便等因素，且这次 为实验性安装，因此采用便携式安装方式。 便携式安装采用镀锌管支架，探头安装固定于支架上，电缆线从镀 锌管内部引出到水面以上，具体如下： 镀锌管沿渠壁延伸到渠底，再水平延长 1 米，然后向上游伸出约 30 公分，在其上焊接一钢板用以固定流量计的水下探头，通信电缆线沿镀锌 管内部引出水面；镀锌管由其水上部分的固定横翼通过螺栓固定于渠壁上。 3．施工安排 ８ 施工分两步进行：预先制作安装支架与现场安装。安装支架需提前 按现场尺寸定做，现场安装时需停水作业，大约需 1 天时间。 施工现场需提供 220V 电源（施工电钻用电），当上位机安装位置没 有保护管理房时，需在渠堤上修建简易保护建筑物或保护箱。 施工日期：5 月 23 制作支架，5 月 25 现场安装。 五、设备性能及监控软件简介 1、HOH-L-01 多普勒超声波明渠流量计 仪器结构如下图，其中探头安装于渠道底部或侧壁，终端机置于控制 箱与通讯设备相连。 仪器结构图 技术参数： ９ ·流速： ·量程： 21mm/s 到 10000mm/s ·准确度：测量流速的±1% ·分辨率：1mm/s ·温度： ·量程： 0℃到 60℃ ·分辨率：0.2℃ ·水位： ·量程： 0 到 5m ·分辨率：1 mm ·准确度：测量水位的±0.5% ·电源： 内部电池 6V DC ，外接 6VDC～28V DC ·接口： 标准 RS232、RS485 ·数据储存容量： 每 10 分钟采集一条记录，可以存储超过 6 个月的数据，而且这些数据即便在掉电的情 况下，也可以长期不丢失 ·运行温度： 0℃到 60℃水温 ·尺寸： （50×50×30）mm（探头） （150×120×50）mm（终端机） 10m（通信电缆标准长度，可加长到 200 m） 2、HOH-DATA GPRS 通讯模块 １０ WR-2000-G GPRS DTU/RTU(透传模块）系统提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数 据通信网络。主要针对电力系统自动化、工业监控、交通管理、金融、证券等部门的应用，利用 GPRS 网络平台实现数据信息的透明传输。GPRS DTU 适合前端用户设备/前端采集设备或智能数据设备， 提供标准的数据接口，如 RS232,RS485/422 等，借助于 GPRS 网络平台，实现与监控中心端的数据 通信。内嵌完整的 TCP/IP 协议栈，采用 GPRS 无线模块。该款产品稳定可靠、功能强大，具有完 善的心跳防断线机制、掉线实时复位、模块死机实时管脚复位机制。 数据传输终端工作特点：  透明数据传输，直接提供 TTL、RS232 或 RS/485 接口（通过软件/硬件进行设置），为用户的 设备提供透明传输通道。支持全透明及帧格式数据传输,支持 TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、 TELNET、HTTP 协议栈。  无需后台计算机支持，普通 GPRS Modem 通常需要附着在 PC 机上虚拟拨号上网，利用 PC 机的 资源进行数据收发和协议转换， GPRS DTU 内置 GPRS Modem 及高性能嵌入式 MCU，可以实现自 动网络连接和协议处理，无需后台计算机支持。  多种传输方式，实现点~点、点~多点、中心~多点、多点~中心的对等数据传输方式。  永远在线，开机就能够自动附着到 GPRS 网络上，自由实现数据的上行、下行传输，同时可以 自设保活时间，利用软件自动维护链路状态。  按流量计费，GPRS DTU 一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量 传递时，不收费用。 DTU 的技术指标： ● 采用工业级 GPRS 模块，性能稳定，工作温度范围广； ● 使用低功耗高性能嵌入式的 CPU 做处理器，16 位内部数据总线，128KBSRAM，512KBFLASH， 可高速处理协议和大量数据； ● 采用 multi-tasking 工作方式并行处理，实时性好； ● 接口速率、目录服务器 IP、服务器端口、终端序列号、管理员密码、保活时间等均可以通 过计算机串口/按照协议远程进行设置； ● AT 指令预设/按照协议远程设置，设置简单、方便； ● 通信距离远、覆盖面积广，终端实时在线； ● 基于 TCP/IP 协议，便于网络化管理； ● 传输速率高，数据量大，成本低； ● 支持在线编程，便于软件升级 3、监控及管理软件 １１ 软件采用 WAB 结构，对不同的用户设置不同的使用权限，具体功能有： 1、实时水情 以报表形式显示各测点的当前水位及各测点的历史水位变化过程 2、水位、流量变化过程 各测点的每十分钟的水位、流速、流量显示 3、流量统计查询: 各测点的日用水量统计报表（每小时平均流量及过水量） ； 各测点的月用水量统计报表（每日用水量）； 各测点的任选时间段用水量统计报表。 4、测站管理 用户可自行增加及修改测点 １２ 六、设备清单及单价表 单位：元 序号 名称 规格 1 流量计 HOH-L-01 数据电缆线 芯 ,0.5mm2( 带 通气孔) 2 单 位 数量 套 1 根 1 3 安装支架 4 台 单价(元) 备注 包括流速水位传感器与二次仪 表,标准通讯线 10 米 最长 200 米 1 1 GPRS 通讯仪 5 电源 套 1 DC12V 太 阳 能 供 电 系 统 或 AC220V 电源 6 避雷器 套 1 电源防雷 保护箱 只 1 放置二次仪表及通讯仪等 8 附属土建设施 处 1 安装底座及布置信号线 9 监控管理软件 套 1 10 其他 7 １３