取用水计量在线监测系统建设方案探讨

方婧

取用水计量在线监测系统建设方案探讨

方婧

一、前言

随着气候变化、社会经济发展和人口增长，我国水资源形势日趋严峻。为此，水利部提出了实行最严格水资源管理制度，制定了水资源管理指标体系。水资源监测是水资源管理的基础工作，是落实最严格水资源管理制度，对水资源管理指标体系进行监督管理、评估考核的重要基础和科学依据。

目前安徽省水资源计量监测水平低、监控手段缺乏、应急反应滞后，尚未形成满足管理需求的监测、计量、信息管理能力，远不能适应最严格水资源管理制度的要求。用水数据主要依靠逐级统计汇总上报，数据的可靠性、准确性和完整性不足，直接影响“三条红线”的实施和监管，难以支撑水资源管理定量考核工作。本文结合工作实际，对安徽省水资源取用水计量在线监测系统建设方案作了简要分析，探讨了方案实施中存在的不确定因素。

二、建设方案分析

1.总体方案设计

安徽省水资源取用水计量监测系统主要由信息采集、传输网络、存储管理、业务应用以及应用交互五个层面和信息安全体系构成，组网方式按模块化结构进行组合，一个地市一个模块。项目建设的系统组网拓扑见图1，系统总体构架如图2所示。

图1 系统组网示意图

图2 系统总体结构示意图

（1）信息采集层

通过自动采集或外部交换的方式，实现对用水户的取水量数据实时获取。

（2）传输网络层

将采集到的取水量数据，通过无线传输网络远程传送至省水资源数据中心服务器。并通过防汛抗旱骨干网、电信公网等方式，实现省、市、县三级水资源在线监测数据的有效交换与充分共享。

（3）存储管理层

依托省水利数据中心进行数据存储平台和数据库建设，实现接收各取水户现场采集传来的实时取水量信息，对数据进行处理后存储至水资源管理中心数据库，并进行统一管理。

（4）业务应用层

提供统一的技术架构和运行环境，为水资源应用系统建设提供通用应用服务和集成服务，为资源整合和信息共享提供运行平台。实现水资源信息各项业务应用管理、信息发布以及应用交互功能。

（5）应用交互层

在省水利厅门户网站上进行监测信息发布，并针对不同的服务对象设置相关访问权限。

（6）安全体系

主要包括设备运行安全、网络传输安全、信息备份等。

2.中心平台软件开发

安徽省水资源取水实时监测与管理系统软件采用B/S构架，可通过网络浏览器运行，主要包括实时监测、数据查询、报表生成、综合分析、取水户管理、数据上报、信息管理、系统管理8大功能模块。

（1）实时监测包含GIS地图、实时监控。

（2）数据查询包含各取水监测点取水量信息（柱状图）。

（3）报表生成包含日报表、月报表、季报表、年报表、表盘读数报表。

（4）综合分析包含日分析、月分析、季分析、年分析。

（5）取水户管理包含地域管理、取水户管理、行业配置、流域管理、取水点管理。

（6）数据上报包含各取水监测点月用水量统计。

（7）信息管理包含信息发布、信息查询、群组管理、通讯录管理。

（8）系统管理包含系统配置、角色管理、账号管理、数据维护、补录查询、人工补录。

3.数据采集方案

（1）实时监测信息采集

在线自动采集系统主要由取水计量设施和数据传输系统组成，通过实时在线方式监测各个取水点取水情况，并将实时水量信息通过GPRS/GSM无线网络传输至水资源中心服务器。在线自动采集传输系统结构如图3所示。

图3 实时在线采集传输系统结构图

取水计量设施由流量计和现场采集显示仪表构成，遵循资源共享和避免重复建设的原则，对于取用水户或市县水行政主管单位已建成且正常运行的取水计量设施进行利用不再建设，对于没有安装取水计量设施的取用水户进行相关建设。

流量计应选用经国家计量监督局认证的超声波或电磁式管道流量计，采集仪表应具有RS-485数字通信接口。

共享已建取水计量设施，需要对各个取水点现场不同情况的取水计量设备采用不同的信息获取方式。具体采用以下几种方式：

①具备RS232/485智能数字端口

采用光电隔离模块与建设用户共用RS-485智能数字端口，以读取流量计仪表内置数据。

②具备HART信号端口

对于不具备RS-485智能数字端口但是带有HART输出信号接口的流量计，可通过“HART-RS485协议转换器”来实现RS485信号输出，以读取流量计的内置数据。

③不具备RS-485、HART信号端口

对不具备RS-485和HART信号接口的流量计仪表，进行改造升级或给予更换，改造后仪表最终输出信号数字化。

（2）间接监测信息采集

间接监测信息采集主要通过信息交换的方式实现，即数据管理中心的数据资源依托数据交换中间件直接实现数据信息的采集。部分地市级水资源取水计量系统已从各取水单位获取实时取水量数据，且数据采集的准确性和精度都比较高。如果该系统提供有相应的数据对象接口，则可采用这种间接信息采集的方式将系统中的实时取水量信息提取出来，并通过省防汛抗旱骨干网或Internet公网方式与省水资源监控管理系统实现信息交换，可有效简化信息采集工作，并实现数据的交换和共享。

三、建设方案实施中存在的不确定因素

1.取水计量设施千差万别，统一规范较难

在系统建设过程中，发现部分取用水户的计量设备存在以下几种情况：

（1）尚未按照相关要求安装取水计量设施。主要原因有：部分管道深埋地下，不具备安装条件；有的企业生产不稳定，取水间断，没有引起重视。这些情况需要结合实际，选择科学的计量方式。

（2）部分取用水户虽已安装取水计量设施，但计量设施安装情况千差万别，且大多为老式机械码盘表或不带通信功能的流量计，不符合国家水资源检测技术相关要求，导致在线监测无法实施，对系统正常运行造成影响。这类情况需要进行更换或改造。

（3）还有一部分取水户已安装计量设备，自己也建成了独立的监测系统。要在原有系统基础上，增加数据上传功能，技术对接难度大，需要定向开发软件或定制相关设备才能解决。

2.地下水取水户问题

目前国家监控监测点和一些地方监控监测点，特别是地下水取水户，都存在一户多表和多处取水问题。国家监测的取水户，平均一个取水户有5个取水点，不仅要监测水量，还要监测水位。针对这类情况需要开发经济专用型监测设备。

3.安装协调工作量大

在系统建设过程中，部分取用水户对项目建设意义领会不够，缺乏水资源管理知识，甚至出现一些误解，不能积极主动配合甚至拒绝安装计量设施，造成系统建设进度缓慢，数据无法在规定时间内上线运行■

（作者单位：安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院 233000）