1、水库灌区续建配套与节水改造项目（二标段）施工设计说明201 工程概况2用水量测设计2.1现状调查及需求分析（1）灌区用水量测及信息化现状调查本项目建设内容包含对毛狗坡提灌站、碴口石二级提灌站、卫星2#提灌站等3座提灌站进行重建，同时新建卫星1#提灌站和喻家坝提灌站，并新建输水管道以及对自流渠进行整治。目前碴口石灌区缺乏用水量测设施，灌区信息化程度较低，主要表现在灌区提灌站及输水管线末端分水口众多、而且地理位置分散、偏远，若靠人工手动控制和记录数据，不方便实现整个灌区的统一管理。碴口石灌区管理用房位于水库大坝右坝肩，管理房现状较为完好，供电、防雷设施齐备，本次可以将调度指挥中心设置于灌区管理用房内。另合川区水务局现配备有灌区信息化管理平台。（2）需求分析灌区现状用水量测设施极不完善，迫切需要建立完善的的用水计量基础设施，能够实施监控灌区主要取水口及干支渠交接水断面的用水量，从而为灌区科学调配水资源和制定年度用水计划提供依据。2.2建设目标本方案将全面实现灌区主要节点以及分水界面的用水计量，为灌区用水总量控制、水费计收，灌溉水有效利用水平的提升等，提供有效的管理信息支撑，并努力提高灌区综合
2、管理、数字化、智慧化水平。2.3建设内容本工程拟新建的用水量测设施共有346处：包含有渠道量测水系统2处，管道量测水系统326处，管道自动化测控系统7处，泵站自动化测控系统11处。2.4用水量测设施设计2.4.1主要建设思路根据输水通道类型和管理单位与农民用水组织的管理界面关系，拟定分别采用渠道量测水系统，管道量测水系统，管道自动化测控系统，泵站自动化测控系进行本灌区的用水量测，以实现灌区管理的主要取水口的用水计量率达到 100%的目标。为兼顾设计技术方案的系统性，其中，管道自动化测控系统以及泵站自动化测控系统的设计内容，将在 第3章“灌区信息化设计”中描述。2.4.2渠道量测水系统（1）系统概述水位流量监测系统可远程监测渠道的水位、流量数据，采用无线通讯方式实时传送数据信息，帮助管理人员及时了解水位情况、干渠及支渠流量情况，为灌区的防汛、配水调度提供数据支撑。（2）站点布设渠道量水设施在碴口石水库自流渠渠首以及右支渠渠首各设置一套，可实时远程监测渠道的水位、流速数据，换算得渠道流量后采用无线通讯方式实时传送数据信息。（3）系统组成渠道量测水系统采用自动监测水位、流量、监测站以无人值守
3、、有人看管的管理模式建设。主要由雷达水位流速一体机、遥测终端（RTU）、供电设计、避雷设备等构成。雷达水位流速一体机作为前端设备采集水位、流速数据，通过遥测终端与GPRS的通讯方式，将测得的数据传送至云服务器进行数据解析，并通过智慧灌区运管平台进行展示，从而达到自动采集、自动传输和自动显示信息的目的。图2-1 水位流量监测系统系统图1）雷达水位流速一体机雷达水位流速一体机采用平面微波技术，用多普勒雷达原理测量水流的表面流速，利用内置的微带雷达技术测量水位。依据流速-面积法，先测得水位换算出断面面积，再由表面流速结合断面参数换算出平均流速，通过建立圆形、矩形和梯形等明渠断面流速分布的经验公式，结合水力模型算法来求取流量；是一种非接触式的，在不改变渠道、河道、管道等边界条件下准确测量流量的测流仪器。2）遥测终端（RTU）遥测终端和雷达水位流速一体机连接在一起，能够采集设备测得的信号，并通过一定技术将信号转换成可发送至通信媒体的数据格式进行传输。同时，它也能将监控中心发来的数据转换成命令，直接作用于现场设备。遥测终端机根据遥测站点呈分散式分布，可以长期工作在无人值守的环境中，具有发射信号和编
4、程的功能。遥测终端机的主要功能如下：数据自动上报。遥测站按设定策略自报。遥测站可定时自报或按设定的条件主动上传数据；自动响应中心站召测指令。遥测站响应中心站要求或指令，上传数据；现场全中文显示数据水位数据。包括当前数据、历史数据、系统信息（静态数据存储容量：不低于1年）；具有记录功能，可按设定的要求，记录各类数据。大容量数据固态存储，可由中心站远端调用或现场读取（静态数据存储容量：不低于1年）；现场手动设置各种运行模式和参数；接受中心站远程设置和控制指令；实时时钟自动校对和调整功能；通讯规约应符合水利部水资源监测数据通讯规约SZY206-2016；3）供电设计监测系统中的远程数据采集终端，全部采用低功耗设计，蓄电池能在日照不充分的情况下，维持自身约45天以上正常运行，经测算，本系统全部匹配100Ah蓄电池，150W太阳能板。4）网络通讯网络通讯方式选择4G无线通讯（10年）。工业化通信标准模块，通过RS-232C与RTU连接，4G通信模块由RTU操作控制。5）防雷设计直击雷保护最外层是直接雷击区域，危险性最高，应在室外传感器或者遥测终端附近安装能保传感器和遥测终端的通用避雷针，并做出相
5、应地网接地；同时，建造一组小于10欧的地网，使雷电及过电压快速对地泄放。接地体制作接地体的埋设尽量选择低凹、潮湿的地方，按垂直方式敷设。采用6个接地体（如果级地地阻不够需增加接地体），每个接地体用50505镀锌角钢，1.5m长，竖直钻坑埋入地下。角钢顶部用404的镀锌扁钢相联，扁钢的埋设深度不低于80cm，角钢间距不低于2倍的垂直接地体长度。接地体统一采用“一字形”加工，埋设时采用“一字形”排列，组合后接地体的各连接点必须满焊。接地电阻10。电源线采用三芯电缆，在电力母线的两端分别与地网连接。通信母线的电缆屏蔽层在两端也与地网连接。（4）水位流量关系率定基于本项目施测流量用于水资源计量，对准确性要求较高等原因，需要在项目建设期开展自动测流系统与流速仪法的水位流量关系的率定， 即：在“水位流量监测系统”安装的渠段，按照河流流量测验规范中的转子式流速仪法对高、中、低水同步开展水文要素的率定。初次率定的施测次数应不小于 30 次， 且高、中、低水均有分布，依据率定成果计算的流量与实测流量之间的误差应满足表 2-1 的要求。表2-1 标准断面水位流量关系式率定误差限值累积频率95%累积频率75
6、%系统误差5%3%0.5%后期运行时，若遇渠道断面淤积、岁修型变、冲刷等可能引起率定成果发生变化时，应及时进行校测和率定成果的修正。校测变幅应控制高、中、低水，且不应少于57个测次。校测点的上图数据若出现系统偏离（点位于曲线同侧），且平均误差超过2.5%时，应增加测次，并根据具体情况修正原率定成果，校核与修正时后的流量误差应满足上表要求，否则应重新进行完整的率定工作，建立满足精度要求的率定成果。因项目进行水位流量关系率定，采购仪器设备存在成本高，且现有灌区管理人员编制也不满足购买仪器和自行率定的能力。综合考虑，率定采取购买服务的形式进行，不单独配设率定仪器仪表。（5）典型安装图2-2 水位流量监测系统安装示意图（6）主要设备配置水位流量监测系统设备配置见表2-2。表2-2 渠道量测水系统设备配置表序号项目技术参数单位数量1雷达水位流速一体机测量范围：015m；分辨率：0.001m/s；测量精度：0.001m/s；工作频率：26GHz；防护等级：IP68；天线波束角：10；发射功率：70uW；测量时间：20 秒（SDI 12）或30 秒（4-20Ma）；存放温度：-40+85；天线材质：
7、PP或不锈钢；具有微波处理整合系统功能；自带波动补偿，消除风力及振动影响。台22遥测终端（RTU）数据采集、传输一体化设计。（通讯模块采用插接模式）GPRS实时在线功耗低，在线平均电流10mA。支持水资源监测数据传输规约、水文监测数据通信规约等。支持各家组态软件和用户自行开发软件系统。通信功能：支持GPRS、短消息,IP等多种通讯方式；支持与多中心进行数据通信；支持实时在线、定时唤醒两种工作模式。（并接受远程指令响应和招测）采集功能：采集水位的标准信号；采集降水量等雨情信号。远程管理功能：支持远程参数设置、程序升级。报警功能：监测数据越限，立即上报告警信息。存储功能：本机循环存储监测数据，掉电不丢失。静态数据存储容量：不低于1年值守功耗：小于等于3mA（电池电压12V时）台23太阳能板输出功率：150W；工作电压：18V；峰值电流：5.55A；开路电压：22V；短路电流：5.95A；功率偏差：3%左右；转换效率：18%；工作温度：-40-+85；防护等级：IP65。块24蓄电池12V，150Ah。（在日照不充分条件下，能独立续航45天以上）套25充电控制器系统电压：自动识别；控制器属性
8、：峰值功率点追踪（MPPT)；MPPT效率：99.5%；空载静态损耗：0.5W1.2W；PV开路电压（VOC）：DC150V；起动充电电压点：高于蓄电池电压3V；输入低压保护点：高于电池当前电压2V；输入过压保护垫：DC150V；LOAD控制方式：常开/关模式，双时段模式、光控+时控模式；工作环境温度：-20150；储存温度：-4075。台26信号防雷器标称工作电压Un：5V、12V、24V冲击耐受能力C2：10kV&5kA（1.2/50s,&8/20s）最大放电电流：10kA插入损耗：0.5dB保护路数：2线插入损耗：0.5dB防护等级:IP20台27电源避雷器标称工作电压Un：12VDC最大工作电流：2A标称放电电流In(8/20s)：5kA最大放电电流Imax(8/20s):10kA响应时间：25ns工作环境：4085台28防水设备箱304不锈钢，400*500*250mm，具备较好的防水散热性能个29稳压器DC12V稳压台210支臂与立杆采用130mm镀锌钢管台211防雷接地网防雷地网接地电阻要求小于10欧套212不锈钢护栏50mm不锈钢（201）（高1.8m，周长6m）套213标识牌300*500mm不锈钢喷绘套214配套安装辅材（安装附件、线材）满足安装需要套215通讯网络（10年）4G无线，满足设备正常运行需要项216安装及调试满足设备正常运行需要项217流量率定购买服务项22.4.3管道量测水系统（1）系统概述对管线各分水界面的分水流量进行量测。（2）站点布设本工程管道量测水系统共计326处。其中在各干管和支管上设置超声波流量计共计40处，在田间分水末端设置智能物联网水表286处，具体布置位置见表2-3。表2-3 管道量测水系统布置表序号位置名称数量1碴口石大坝左干管超声波流量计12碴口石大坝右干管超声波流量计13碴口石二级左干管超声波流量计14碴口石二级右干管超声波流量计15卫星1#右干管超声波流量计16卫星1#左干管超声波流量计17卫星2#1#干管超声波流量计18卫星2#2#干管超声波流量计
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