侯 爽，劉 淼

（河北省水資源研究與水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，050061，石家莊）

河北省屬于水資源緊缺省份，自列入全國(guó)壓減地下水開(kāi)采量以及水資源稅征收試點(diǎn)省份以來(lái)，不斷推陳出新，利用多種途徑降低地下水開(kāi)采量。非農(nóng)取用水戶是取用水系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)其取水量進(jìn)行有效在線監(jiān)控，不僅是落實(shí)壓采政策的需要，更是獲取水資源稅征收重要依據(jù)的需要。

一、在線計(jì)量監(jiān)控安裝設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2014年至今，國(guó)家以及河北省陸續(xù)投資建設(shè)了非農(nóng)取用水戶在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及河北省水資源管理信息平臺(tái)。國(guó)家以及省級(jí)資金建設(shè)的在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)均通過(guò)政務(wù)外網(wǎng)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至河北省水資源管理信息平臺(tái)。近年，在河北省水利廳大力推進(jìn)下，河北省水資源監(jiān)控覆蓋率快速增長(zhǎng)，規(guī)模以上取用水戶基本實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控全覆蓋。但在監(jiān)控體系建設(shè)過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題，影響了已建在線監(jiān)控體系在水資源稅改革過(guò)程中效能的完整發(fā)揮，具體問(wèn)題如下：

1.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不健全

在水資源監(jiān)控能力建設(shè)的前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)方案中技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不夠健全，設(shè)備相關(guān)技術(shù)參數(shù)不明確，極有可能導(dǎo)致承建單位提供的設(shè)備技術(shù)參數(shù)達(dá)不到要求，甚至出現(xiàn)部分承建單位在投標(biāo)過(guò)程中降低部分技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致最低價(jià)中標(biāo)情況的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)方案無(wú)法對(duì)在線監(jiān)控體系建設(shè)發(fā)揮很好的指導(dǎo)作用。

2.精細(xì)化水平不足

現(xiàn)狀情況下，多數(shù)設(shè)計(jì)方案僅僅考慮設(shè)備的成本，不考慮現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)施的安裝環(huán)境，精細(xì)化水平不足。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)量設(shè)施在標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)環(huán)境下，才能夠滿足其計(jì)量精度。但是由于前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中并未進(jìn)行逐點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程中典型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的缺失，因此現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)施的安裝多數(shù)無(wú)法滿足計(jì)量設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)安裝要求，影響了在線監(jiān)控效力的發(fā)揮。

3.部分設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)缺失

在線監(jiān)控信息的傳輸過(guò)程中，被采集到的信息（主要包含水量、水位、經(jīng)緯度等）需要通過(guò)固定的編碼找到指定的數(shù)據(jù)地址，這種固定的編碼稱(chēng)為測(cè)站編碼。測(cè)站編碼相當(dāng)于監(jiān)控站點(diǎn)的身份ID，具備唯一性。目前，設(shè)計(jì)方案中缺失對(duì)測(cè)站編碼的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，造成后期承建單位和平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商之間編碼沖突，出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備編碼與平臺(tái)編碼不對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象。

4.缺乏科學(xué)的資金測(cè)算方案

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，僅僅是針對(duì)擬安裝設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行簡(jiǎn)單的資金測(cè)算，但是由于前期未考慮現(xiàn)場(chǎng)管道環(huán)境對(duì)計(jì)量設(shè)施準(zhǔn)確性的影響，無(wú)法做到有針對(duì)性地進(jìn)行資金測(cè)算，造成資金不合理利用；同時(shí)已安裝在線計(jì)量或者在線計(jì)量部分設(shè)備損壞的計(jì)量點(diǎn)，往往片面地考慮整體更新方式，造成資金浪費(fèi)。

為此，本文從前期設(shè)計(jì)入手，為水資源管理人員普及基礎(chǔ)知識(shí)，并系統(tǒng)總結(jié)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所需要的技術(shù)要求。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

二、設(shè)計(jì)思路

1.設(shè)計(jì)原則

①標(biāo)準(zhǔn)化：系統(tǒng)整體架構(gòu)、硬件組成、各類(lèi)編碼生成、報(bào)文格式以及數(shù)據(jù)接口方面應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家與行業(yè)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證新建各類(lèi)測(cè)站間、新建測(cè)站與原有測(cè)站間以及新建測(cè)站原信息平臺(tái)間的無(wú)縫對(duì)接。

②適應(yīng)性：應(yīng)充分考慮氣候、主要用水行業(yè)、水資源管理需求等特征情況，針對(duì)自身特點(diǎn)和功能需求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、施工方案設(shè)計(jì)和后期運(yùn)行維護(hù)方案確定等環(huán)節(jié)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，確保方案可實(shí)施、易達(dá)效。

③先進(jìn)性：系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)要充分貼合在線監(jiān)控領(lǐng)域的最新技術(shù)水平，在水量計(jì)量設(shè)備、RTU設(shè)備、系統(tǒng)防護(hù)設(shè)備以及安裝改造方案設(shè)計(jì)等方面，應(yīng)高標(biāo)準(zhǔn)確定流量計(jì)測(cè)量精度、設(shè)備功耗、保護(hù)等級(jí)等主要技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

④經(jīng)濟(jì)性：方案設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持先進(jìn)性與實(shí)用性并重，在堅(jiān)持實(shí)用和統(tǒng)一高標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，以最小的投入獲得最大的產(chǎn)出。

⑤可維護(hù)性和安全性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)便于建設(shè)單位后期管理和維護(hù)，同時(shí)降低建設(shè)施工、后期運(yùn)行和管理維護(hù)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)站是利用流量監(jiān)測(cè)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集終端RTU，數(shù)據(jù)采集終端RTU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、整理實(shí)時(shí)在線的數(shù)據(jù)，通過(guò)通信終端DTU將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，供電設(shè)備為遙測(cè)終端機(jī)的運(yùn)行提供電源。監(jiān)控系統(tǒng)可分為分體式和一體式兩種結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

對(duì)于分體式監(jiān)測(cè)站，流量計(jì)量設(shè)施和遙測(cè)終端機(jī)分開(kāi)安裝，一般計(jì)量設(shè)施含內(nèi)置鋰電池，遙測(cè)終端機(jī)利用蓄電池或者市電交流電供電，蓄電池利用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)或者市電充電控制器充電，電池容量需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。該類(lèi)監(jiān)測(cè)站適用于計(jì)量設(shè)施安裝位置信號(hào)較差或者計(jì)量設(shè)施耗電較大的情況。

對(duì)于一體式監(jiān)測(cè)站，將遙測(cè)終端集成至流量計(jì)上，直接將一體式流量計(jì)量設(shè)施安裝在管道上，設(shè)備要求流量計(jì)和遙測(cè)終端分別有獨(dú)立的大容量鋰電池組供電，同時(shí)要求電池組更換方便，電池容量需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。該類(lèi)監(jiān)測(cè)站安裝簡(jiǎn)單，保護(hù)方便，但是不適用于地下或者室內(nèi)等信號(hào)不好的環(huán)境。

同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)要求具備防雷系統(tǒng)，包括防雷設(shè)備（含電源防雷器、信號(hào)防雷器、同軸防雷器）和接地系統(tǒng)，同時(shí)具備政務(wù)外網(wǎng)傳輸能力的專(zhuān)用物聯(lián)卡、設(shè)備箱、支架及輔料等相關(guān)設(shè)備。

3.計(jì)量設(shè)施選型設(shè)計(jì)

流量監(jiān)控設(shè)備是監(jiān)測(cè)站點(diǎn)整體結(jié)構(gòu)的基本組成和核心部件，一方面，流量監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性決定了整個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的效能和有效性；另一方面，流量監(jiān)測(cè)設(shè)備的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)站點(diǎn)整體設(shè)計(jì)方案中諸如RTU系統(tǒng)選擇、供電系統(tǒng)能力需求、管道環(huán)境改造方案等環(huán)節(jié)產(chǎn)生決定性影響，因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)牧髁勘O(jiān)控設(shè)備尤為重要。

（1）電子遠(yuǎn)傳水表

電子遠(yuǎn)傳水表的基本原理是以普通的機(jī)械式冷熱水表為基礎(chǔ)，加上遠(yuǎn)傳輸出系統(tǒng)構(gòu)成，一般分為脈沖發(fā)訊水表、脈沖直讀水表、光電直讀水表3種。

電子遠(yuǎn)傳水表的優(yōu)點(diǎn)是成本低、采集技術(shù)成熟、外部數(shù)據(jù)線路損壞或斷電不影響脈沖計(jì)量，可靠性較高；缺點(diǎn)是受水錘、壓力不穩(wěn)等影響會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差，線纜和維護(hù)成本高，在外磁場(chǎng)或管道的抖動(dòng)下易丟數(shù)或加數(shù)，造成水表的機(jī)械顯示和系統(tǒng)電子讀數(shù)不一致。這類(lèi)水表機(jī)芯防水密封要求高，電子部分和基表嵌入組裝設(shè)計(jì)對(duì)制造工藝要求高，周檢換表成本較高，適用于周邊無(wú)較強(qiáng)磁場(chǎng)、管道無(wú)抖動(dòng)的環(huán)境。

（2）超聲波水表及聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)

該類(lèi)計(jì)量設(shè)施的原理相同，均為當(dāng)聲波在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)會(huì)使順流以及逆流的傳播時(shí)間產(chǎn)生變化，并且其傳播時(shí)間的變化與液體的流速成正比，因此，可通過(guò)計(jì)算傳播時(shí)間的差距獲得水流的流速，從而求出流量。

超聲波水表可分為單聲道和雙聲道兩種類(lèi)型，其優(yōu)點(diǎn)是靜態(tài)功耗低、始動(dòng)流量小、流量范圍寬、計(jì)量精度較電子遠(yuǎn)傳水表高，缺點(diǎn)是電池6年左右就要更換一次。該類(lèi)水表適用于水中有些許雜質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)供電、對(duì)測(cè)量精度要求不高的環(huán)境。

聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)可分為插入式、外夾式、管段式3種類(lèi)型，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)量精度高、無(wú)阻流件設(shè)計(jì)、壓力損失小，可雙向計(jì)量、功耗適中，外夾式和插入式可實(shí)現(xiàn)不斷水在線安裝；缺點(diǎn)是對(duì)流場(chǎng)敏感度高，易受干擾，同時(shí)對(duì)直管段長(zhǎng)度要求較高，外夾式需定期維護(hù)耦合劑。

（3）電磁管道流量計(jì)

電磁管道流量計(jì)分為插入式和管段式兩種類(lèi)型，其原理是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電勢(shì)的大小來(lái)計(jì)算流量大小。優(yōu)點(diǎn)是全電子化設(shè)計(jì)，線性度好、精確度高，可雙向計(jì)量；缺點(diǎn)是功耗大，環(huán)境適應(yīng)性弱。該類(lèi)計(jì)量設(shè)施適用于精度要求高、周邊無(wú)磁場(chǎng)干擾的環(huán)境。

4.方案設(shè)計(jì)

（1）計(jì)量設(shè)施安裝方案設(shè)計(jì)

計(jì)量設(shè)施的安裝環(huán)境直接影響著計(jì)量設(shè)施的計(jì)量精度，因此，需要在計(jì)量設(shè)施安裝時(shí)充分考慮管道環(huán)境的影響，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同，計(jì)量設(shè)施的安裝方法也有不同。

①當(dāng)計(jì)量設(shè)施擬安裝位置裸露于地面時(shí)，安裝位置的周邊環(huán)境較為清晰，因此可以根據(jù)管道材質(zhì)、管道長(zhǎng)直情況判別不同的安裝方式。a.若此時(shí)管道為長(zhǎng)直鑄鐵管道或者長(zhǎng)直塑料硬管，現(xiàn)場(chǎng)管道長(zhǎng)度能夠滿足計(jì)量設(shè)施“前十后五”（即計(jì)量設(shè)施上游至少要有10倍管徑的直管段，下游要有5倍管徑的直管段）要求，則直接安裝即可。b.若此時(shí)管道為塑料軟管，則需要在計(jì)量設(shè)施上游加裝10倍管徑的長(zhǎng)直鑄鐵直管段，并在計(jì)量設(shè)施下游加裝5倍管徑的長(zhǎng)直鑄鐵直管段。c.若此時(shí)管道為鑄鐵管道或者塑料硬管，但是管道長(zhǎng)度不滿足要求，則需要通過(guò)管道改造的方式（通過(guò)添加長(zhǎng)直管道、彎頭等輔材）達(dá)到安裝環(huán)境要求。

②當(dāng)計(jì)量設(shè)施擬安裝位置埋藏于地下時(shí)，由于擬安裝位置不具備正常的安裝條件，因此需要新建監(jiān)控井，并按照計(jì)量設(shè)施的安裝環(huán)境要求進(jìn)行管道改造和標(biāo)準(zhǔn)安裝。

（2）RTU設(shè)備箱安裝方案設(shè)計(jì)

①分體式流量計(jì)。a.室內(nèi)掛墻安裝：對(duì)于機(jī)井或計(jì)量設(shè)施處于井房、泵房等保護(hù)性建筑物內(nèi)，且不影響無(wú)線通信信號(hào)收發(fā)的監(jiān)控點(diǎn)，可優(yōu)先選擇RTU設(shè)備箱室內(nèi)掛墻安裝方案。b.室外掛墻安裝：對(duì)于機(jī)井或計(jì)量設(shè)施處于井房、泵房等保護(hù)性建筑物內(nèi)但建筑物影響無(wú)線通信信號(hào)收發(fā)的監(jiān)控點(diǎn)，及計(jì)量設(shè)施位于室外但周邊有可利用建筑物的監(jiān)控點(diǎn)，可采用室外掛墻安裝方案，并選擇滿足相應(yīng)防護(hù)要求的RTU設(shè)備箱。c.立桿安裝：對(duì)于計(jì)量設(shè)施周邊無(wú)可利用建筑物的監(jiān)控點(diǎn)，可選擇現(xiàn)場(chǎng)豎立設(shè)備桿，RTU設(shè)備箱采用設(shè)備桿安裝方案

②一體式流量計(jì)。對(duì)于一體式流量計(jì)，RTU設(shè)備箱應(yīng)跟隨計(jì)量設(shè)施安裝。

（3）供電系統(tǒng)安裝方案設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)一般分為電池直流供電、市電交流供電、太陽(yáng)能蓄電池供電3種獨(dú)立供電系統(tǒng)，可以交叉使用，作為備用電源以提高電源保證率。

當(dāng)使用電池直流供電時(shí)，電池供電安裝可集成于一體式計(jì)量設(shè)施中，也可直接安裝在RTU設(shè)備箱中。

當(dāng)使用太陽(yáng)能蓄電池供電時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)有可利用建筑物的，可將太陽(yáng)能供電系統(tǒng)安裝在建筑物屋頂或外立面；現(xiàn)場(chǎng)無(wú)可利用建筑物的，可將太陽(yáng)能供電系統(tǒng)依托于RTU設(shè)備桿進(jìn)行安裝

（4）計(jì)量設(shè)施保護(hù)措施

針對(duì)傳感器處于室外無(wú)保護(hù)措施的計(jì)量點(diǎn)，需要安裝保護(hù)設(shè)施：一是可以直接設(shè)置水泥水表池，將所有設(shè)施全部封閉于水泥水表池內(nèi)；二是針對(duì)不同的傳感器類(lèi)型，如管段式、插入式或者外夾式計(jì)量設(shè)施，安裝不同形式的計(jì)量設(shè)施保護(hù)罩。

三、結(jié) 論

隨著水資源稅改革的不斷深入，取用水戶用水量的準(zhǔn)確計(jì)量不僅關(guān)系到國(guó)家稅收以及法律的強(qiáng)制執(zhí)行力，更關(guān)系到水資源的合理開(kāi)采和利用。對(duì)于長(zhǎng)期缺水的河北省來(lái)說(shuō)，非農(nóng)取用水戶用水量作為水資源開(kāi)采和使用的重要組成部分之一，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量監(jiān)控，并利用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)征收水資源稅，不僅能夠減輕基層水資源管理部門(mén)的工作量，全面提升河北省水資源管理水平，還能夠防止人為因素造成偷稅漏稅行為，增強(qiáng)河北省水利信息化水平，為實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度提供技術(shù)支撐。

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