取用水計量在線監測系統建設方案探討

方婧

取用水計量在線監測系統建設方案探討

方婧

一、前言

隨著氣候變化、社會經濟發展和人口增長，我國水資源形勢日趨嚴峻。為此，水利部提出了實行最嚴格水資源管理制度，制定了水資源管理指標體系。水資源監測是水資源管理的基礎工作，是落實最嚴格水資源管理制度，對水資源管理指標體系進行監督管理、評估考核的重要基礎和科學依據。

目前安徽省水資源計量監測水平低、監控手段缺乏、應急反應滯后，尚未形成滿足管理需求的監測、計量、信息管理能力，遠不能適應最嚴格水資源管理制度的要求。用水數據主要依靠逐級統計匯總上報，數據的可靠性、準確性和完整性不足，直接影響“三條紅線”的實施和監管，難以支撐水資源管理定量考核工作。本文結合工作實際，對安徽省水資源取用水計量在線監測系統建設方案作了簡要分析，探討了方案實施中存在的不確定因素。

二、建設方案分析

1.總體方案設計

安徽省水資源取用水計量監測系統主要由信息采集、傳輸網絡、存儲管理、業務應用以及應用交互五個層面和信息安全體系構成，組網方式按模塊化結構進行組合，一個地市一個模塊。項目建設的系統組網拓撲見圖1，系統總體構架如圖2所示。

圖1 系統組網示意圖

圖2 系統總體結構示意圖

（1）信息采集層

通過自動采集或外部交換的方式，實現對用水戶的取水量數據實時獲取。

（2）傳輸網絡層

將采集到的取水量數據，通過無線傳輸網絡遠程傳送至省水資源數據中心服務器。并通過防汛抗旱骨干網、電信公網等方式，實現省、市、縣三級水資源在線監測數據的有效交換與充分共享。

（3）存儲管理層

依托省水利數據中心進行數據存儲平臺和數據庫建設，實現接收各取水戶現場采集傳來的實時取水量信息，對數據進行處理后存儲至水資源管理中心數據庫，并進行統一管理。

（4）業務應用層

提供統一的技術架構和運行環境，為水資源應用系統建設提供通用應用服務和集成服務，為資源整合和信息共享提供運行平臺。實現水資源信息各項業務應用管理、信息發布以及應用交互功能。

（5）應用交互層

在省水利廳門戶網站上進行監測信息發布，并針對不同的服務對象設置相關訪問權限。

（6）安全體系

主要包括設備運行安全、網絡傳輸安全、信息備份等。

2.中心平臺軟件開發

安徽省水資源取水實時監測與管理系統軟件采用B/S構架，可通過網絡瀏覽器運行，主要包括實時監測、數據查詢、報表生成、綜合分析、取水戶管理、數據上報、信息管理、系統管理8大功能模塊。

（1）實時監測包含GIS地圖、實時監控。

（2）數據查詢包含各取水監測點取水量信息（柱狀圖）。

（3）報表生成包含日報表、月報表、季報表、年報表、表盤讀數報表。

（4）綜合分析包含日分析、月分析、季分析、年分析。

（5）取水戶管理包含地域管理、取水戶管理、行業配置、流域管理、取水點管理。

（6）數據上報包含各取水監測點月用水量統計。

（7）信息管理包含信息發布、信息查詢、群組管理、通訊錄管理。

（8）系統管理包含系統配置、角色管理、賬號管理、數據維護、補錄查詢、人工補錄。

3.數據采集方案

（1）實時監測信息采集

在線自動采集系統主要由取水計量設施和數據傳輸系統組成，通過實時在線方式監測各個取水點取水情況，并將實時水量信息通過GPRS/GSM無線網絡傳輸至水資源中心服務器。在線自動采集傳輸系統結構如圖3所示。

圖3 實時在線采集傳輸系統結構圖

取水計量設施由流量計和現場采集顯示儀表構成，遵循資源共享和避免重復建設的原則，對于取用水戶或市縣水行政主管單位已建成且正常運行的取水計量設施進行利用不再建設，對于沒有安裝取水計量設施的取用水戶進行相關建設。

流量計應選用經國家計量監督局認證的超聲波或電磁式管道流量計，采集儀表應具有RS-485數字通信接口。

共享已建取水計量設施，需要對各個取水點現場不同情況的取水計量設備采用不同的信息獲取方式。具體采用以下幾種方式：

①具備RS232/485智能數字端口

采用光電隔離模塊與建設用戶共用RS-485智能數字端口，以讀取流量計儀表內置數據。

②具備HART信號端口

對于不具備RS-485智能數字端口但是帶有HART輸出信號接口的流量計，可通過“HART-RS485協議轉換器”來實現RS485信號輸出，以讀取流量計的內置數據。

③不具備RS-485、HART信號端口

對不具備RS-485和HART信號接口的流量計儀表，進行改造升級或給予更換，改造后儀表最終輸出信號數字化。

（2）間接監測信息采集

間接監測信息采集主要通過信息交換的方式實現，即數據管理中心的數據資源依托數據交換中間件直接實現數據信息的采集。部分地市級水資源取水計量系統已從各取水單位獲取實時取水量數據，且數據采集的準確性和精度都比較高。如果該系統提供有相應的數據對象接口，則可采用這種間接信息采集的方式將系統中的實時取水量信息提取出來，并通過省防汛抗旱骨干網或Internet公網方式與省水資源監控管理系統實現信息交換，可有效簡化信息采集工作，并實現數據的交換和共享。

三、建設方案實施中存在的不確定因素

1.取水計量設施千差萬別，統一規范較難

在系統建設過程中，發現部分取用水戶的計量設備存在以下幾種情況：

（1）尚未按照相關要求安裝取水計量設施。主要原因有：部分管道深埋地下，不具備安裝條件；有的企業生產不穩定，取水間斷，沒有引起重視。這些情況需要結合實際，選擇科學的計量方式。

（2）部分取用水戶雖已安裝取水計量設施，但計量設施安裝情況千差萬別，且大多為老式機械碼盤表或不帶通信功能的流量計，不符合國家水資源檢測技術相關要求，導致在線監測無法實施，對系統正常運行造成影響。這類情況需要進行更換或改造。

（3）還有一部分取水戶已安裝計量設備，自己也建成了獨立的監測系統。要在原有系統基礎上，增加數據上傳功能，技術對接難度大，需要定向開發軟件或定制相關設備才能解決。

2.地下水取水戶問題

目前國家監控監測點和一些地方監控監測點，特別是地下水取水戶，都存在一戶多表和多處取水問題。國家監測的取水戶，平均一個取水戶有5個取水點，不僅要監測水量，還要監測水位。針對這類情況需要開發經濟專用型監測設備。

3.安裝協調工作量大

在系統建設過程中，部分取用水戶對項目建設意義領會不夠，缺乏水資源管理知識，甚至出現一些誤解，不能積極主動配合甚至拒絕安裝計量設施，造成系統建設進度緩慢，數據無法在規定時間內上線運行■

（作者單位：安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院 233000）