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      非农取用水户水量在线监测站点建设要点分析


      非农取用水户水量在线监测站点 (管道式) 建设要点分析,针对广东省水资源监控能力建设项目以及国家水资源监控能力建设项目, 总结非农取用水户水量在线监测站点 (管道式) 从勘查、设计到施工以及运维的主要技术内容。

      为落实国家水资源监控能力建设项目的要求, 广东省组织开展国家水资源监控能力建设, 广东省建设项目分为一期、二期。一期主要以取用水水量、水功能区水质、饮用水水源地水质水量等信息监测为基础, 构建水资源管理信息系统。二期旨在进一步提高监控体系, 尤其是重点取用水户的水量在线监测能力、饮用水水源地监测能力, 完善管理信息平台尤其是水资源调配应急决策支持系统等平台建设, 基本建成比较完善的广东省水资源管理系统, 提升广东省水资源在线监控的信息化水平, 提高水资源管理能力。非农取水户水量在线监测是本项目主要工作内容之一, 本文主要从勘查、设计、施工以及运维等方面对其建设要素进行总结[1]。
      2 勘查阶段注重现场调查
      现场调查是做好水资源监控能力建设设计和施工的重要基础工作, 主要包括勘查准备和现场调查。
      2.1 勘查准备
      项目勘查阶段, 由于各个勘查点分布不均且各点之间距离较远, 需通过水行政主管部门了解信息, 到现场前需准备好各项材料。需准备的材料:项目总名录、项目各勘察小组负责的名录、取水户情况调查表、项目各区域水务部门联系名录、项目勘察人员联系名录、项目开展公文、设备安装位置标示贴、图纸模板、资料收集电子模板、自检清单等。需准备的工具:卷尺、测距仪、GPS定位仪、便携流量测量仪、相机、调查表、记录笔等。
      2.2 现场勘查
      勘查是设计重要环节, 通过现场勘查可了解各取水户的情况, 包括取水户名录、取水点的供水对象、用水规模、还可了解现状并听取需求意见, 议定测点勘查路线等。主要的勘查内容: (1) 按照管道型取水户取水情况调查表项目, 详细调查并逐项填写, 在与取水户沟通后, 在备注栏内对现场管道加工、仪器安装位置等问题进行详细说明; (2) 绘现场布置图 (含管路、建筑物与线缆敷设) , 标注主要参照物系、方位以及传感器、终端箱与太阳能电池板等设备安装位置; (3) 现场勘查拍摄照片记录, 照片包含户门、取水工况全景、现有计量设备照片、取水口、取水管道照片、拟终端箱安装位置、拟计量安装位置等, 如有需要录制简短视频; (4) 确定摄像头安装位置, 收集立杆、做井、接地等信息[1]。
      3 监测站点设计关键是流量计选型和安装位置确定
      水量在线监测站点主要包括管道型和渠道型, 非农取水户主要采用管道型监测站。管道自动监测站由RTU终端箱、流量计、供电设备等组成, 监测站实时采集各取水户取水流量数据, 每个取用水户需要根据实际情况设置1套或多套RTU终端箱。设计内容主要有流量计选型和安装位置确定、防雷接地系统设计、电源系统设计。防雷接地系统, 采用镀锌扁钢与监测点取水户已建接地网进行连接, 如取水户无安装防雷地网, 可采用由镀锌扁钢和镀锌圆钢焊接而成的简易地网。电源系统设计时, 监测点可提供市电, 电源系统由市电/太阳能双电源及蓄电池组成, 当监测点无法提供市电, 电源系统由太阳能及蓄电池组成。以下主要探讨流量计选型和安装位置确定。
      3.1 流量计选型
      对于管道型监测点的流量信息采集, 应根据现场是否安装流量计表, 确定相应方案, 如现场安装了流量计且表头有485输出, 则可直接接入已有流量计的RS485 (RS232) 数字接口;如现场已安装流量计但表头无485接口, 则更换现有流量计二次表头;如现场未安装流量计, 则根据现场情况, 选择新装插入式超声波流量计并配套表头或新装管道式电磁流量计并配套表头。
      1) 直接利用已有流量计的RS485 (RS232) 数字接口
      对于管道型监测点, 当监测点流量计二次表头可提供RS-485接口 (或RS-232接口, 可通过转换接头转换为RS-485接口) 输出且并未被使用时, 在征得取水户同意后, 可直接将RS-485接口接入RTU模块。
      2) 更换现有流量计二次表头
      对于管道型监测点, 当监测点流量计表头无法提供RS-485数字接口输出时, 且其原水管或出水管无足够长的直管段 (或管段埋深较深、或监测点现场无适合开挖流量计井的位置和施工条件) 时, 更换现有二次表头为带RS-485接口输出的二次表头, RTU终端模块可接入该数字信号。
      3) 新装插入式超声波流量计
      对于管道型监测点, 在该点采取新装超声波流量计方式, 需满足以下几点要求。 (1) 当监测点流量计表头无法提供RS-485数字接口输出; (2) 其原水管有足够长的直管段; (3) 管段露出地面或埋深较浅时 (可新建流量计井) ; (4) 管径较粗 (一般指DN200以上) ; (5) 监测点很难有停水施工的条件。
      4) 新装管道式电磁流量计
      对于管道型监测点, 在该点采取新装电磁流量计方式, 需满足以下几点要求。 (1) 当监测点流量计二次表头不能提供RS-485接口数字接口时; (2) 原水管有足够长的直管段; (3) 该管段漏出地面或埋深较浅时 (可新建流量计井) ; (4) 管径较细 (一般指DN200及以下) ; (5) 监测点可以全部或部分停水, 且办理停水手续比较简单快捷[2]。
      3.2 流量计安装位置确定
      流量计安装需要管道具有一定长度的直管段, 电磁流量计要求仪器前直管段长度大于管径的5倍, 仪器后直管段长度大于管径的3倍。超声流量计要求仪器安装位置前直管段长度大于管径的10倍, 仪器安装位置后直管段长度大于管径的5倍。对于直管段长度不足的管道, 考虑采用多声道的超声测量方式来保证测量精度。
      1) 电磁流量计安装
      电磁流量计的测量原理不依赖流量的特性, 如果管路内有一定的湍流与漩涡产生在非测量区内 (弯头、切向限流或上游有半开的截止阀) 则对测量结果不产生影响。如果在测量区内有稳态的涡流则会影响测量的稳定性和测量的精度应采取措施以稳定流速分布, 增加前后直管段的长度、采用1个流量稳定器等。
      传感器可以水平和垂直安装, 但是应该确保避免沉积物和气泡对测量电极的影响, 电极轴向保持水平。垂直安装时, 流体应自下而上流动。传感器不能安装在管道的*高位置, 这个位置容易积聚气泡。流量传感器在测量时, 应确保管道中充满被测流体, 不能出现非满管状态。如管道存在非满管或是出口有放空状态, 传感器应安装在1根虹吸管上。为保证测量的稳定性, 应在传感器的前后设置直管段, 如做不到则应采用稳流器或减小测量点的截面积。为避免负压, 传感器不能安装在泵的进水口, 而应安装在泵的出水口。传感器比较理想的安装点应选择测量点前后有足够的直管段。其中电磁式进口直管段≥5D, 出口直管段≥3D (D为传感器公称口径) 。插入式进口直管段≥20 D, 出口直管段≥7D (D为传感器公称口径) 。当出口为放空状态时, 传感器不应安装在管道放空处, 应安装在较低处。传感器安装在管道下方时, 应保证传感器内被液体充满, 不能出现空管状态。
      2) 超声波流量计安装
      超声波流量计在所有流量计的安装中是*简单便捷的。只要将测量点处的管道参数输入到流量计中, 选择一个合适的测量点, 把传感器安装在管道上即可进行测量。测量点要求选择在流场分布均匀的管段, 以保证测量精度。安装时, 应遵循以下原则:
      (1) 选择充满流体的管段, 如管路的垂直部分 (流体*好向上流动) 或充满流体的水平管段。 (2) 测量点要选择距上游10倍直径 (10D) 、下游5倍直径 (5D) 以内的均匀直管段, 且该范围内没有任何阀门、弯头、变径等干扰流场的装置。如测量点前有泵、T形三通、调节阀、节流孔、渐扩管段或其他引起旋转流的装置, 则其上游直管段要求更长。在水平管段上, 传感器一般安装在管的9点、3点钟位置。 (3) 应避开6点、12点的位置, 以免管道底部沉淀物或管道上部的气泡、气穴引起信号的衰减。 (4) 要保证测量点处的温度在可工作范围以内。 (5) 充分考虑管内壁结垢状况, 尽量选择无结垢的管段进行测量, 不能完全满足时, 需将结垢考虑为衬里以求得到较好的测量精度。 (6) 选择管材均匀致密, 易于超声波传输的管段[3]。
      4 施工阶段注重项目协调
      由于非农取水户在线监测站点建设项目多且分散, 施工现场管理不同于传统水利工程, 施工方与水行政主管部门及取水户沟通更为重要, 需要具备良好的协调能力。
      在施工前需要准备相关资料及工具, 如项目批复文件及相关政策及资料等。实际安装阶段包括机箱安装、流量计安装、太阳能板安装、摄像头安装、接地点安装、天线安装、RS485通讯线及电源线接装等。在各个设备、接线已经安装正确后, 依次对RTU进行上线参数设置并对流量计进行相关初始参数、流量参数的调试。
      5 售后运维注重信息反馈
      平台监视人员, 应每天通过平台软件远程查看取水户运行数据和状态参数, 分析监测和系统状态数据;对站点运行情况进行远程诊断和运行管理, 如发现数据有持续异常情况, 立即在运维平台填报, 生成维护任务单, 让售后经理审核并安排运维计划, 做好现场排查的前期资料分析;每周对平台系统运行的异常情况作统计分析, 生成报告给售后经理。
      日常巡检工作内容主要包括:通过项目平台软件查看各监测站点的在线工作状态;通过平台系统核实监测站点数据异常情况;对传回的突变数据 (异常增大或减少) 进行异常处理;通过运维监管平台软件对系统的运行异常状况提出申请, 并及时报告售后部经理;售后部经理在运维监管平台接收审核维护任务单, 组织技术人员分析, 根据问题轻重来派单给一线维护人员前往现场进行维护;平台维护人员统计每日、周、月、季度、年的取水户异常情况, 每月提出取水户异常数据情况分析报告。管理人员每月提交设备故障情况分析报告。
      6 结语
      非农取水户水量在线监测站点项目建设有别于传统的水利工程, 虽然单点项目投资规模小, 但仍然涉及勘查、设计、施工、运维的全过程, 每个过程都有其重点的工作内容。目前这类项目还缺乏完整的规程规范知道, 需要不断地总结经验, 提升项目建设管理水平。

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