黑龙滩杨柳引水渠流量监测仪器选型及安装实施方案.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
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．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
规格
单位
数量
备注
1
超声波明渠流量计

HOH-L-01
套
1
包括流速水位传感器与二次仪表,标准通讯线10米
2
数据电缆线
4芯,0.5mm2(带通气孔)
根
1
最长200米
3
安装底座

台
1

4
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
7
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

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。

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：

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。
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
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：
·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
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：
² 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。
² 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。
² 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。
² 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。
² 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
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

六、设备清单及单价表
单位：元
序号
名称
规格
单位
数量
单价(元)
备注
1
流量计

HOH-L-01
套
1

包括流速水位传感器与二次仪表,标准通讯线10米
2
数据电缆线
芯,0.5mm2(带通气孔)
根
1

最长200米
3
安装支架

台
1

4
GPRS通讯仪

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
7
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

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