摘要：桃林口水庫承擔著向秦皇島、唐山兩市城市和農業供水的任務，供水計量工作非常重要。桃林口水庫運用超聲波流量計計量系統等現代水利信息技術，不但為水費結算及時提供科學、準確的計量數據，對于合理調蓄水源、適時調配供水流量與時段，減少供水損失、實現高效供水也具有非常重要的意義。
　　關鍵詞：供水調度,供水計量,計量數據
　　1、前言
　　桃林口水庫位于灤河支流青龍河上，是一座集供水、防洪、發電、旅游等多種功能于一體的大型水利樞紐工程，主要任務是向秦皇島、唐山兩地提供城市和農業用水�？値烊�8.59億m3，興利庫容7.09億m3。水庫按多年調節調度，保證率P=75%和P=95%的調節水量分別是7.02億m3和3.32億m3。設計每年為秦皇島市提供工業、港口和城市生活用水1.82億m3，供水任務十分繁重，供水計量工作尤為重要。
　　水庫樞紐工程由水庫工程本身和下游分水樞紐（小壩）組成，分水樞紐位于水庫壩址下游8Km處，承擔向秦唐兩地各用水戶的分水控制任務。水庫從1997年開始向秦唐兩地供水，供水計量采用桃林口水文站每日實時出庫流量推算與供水斷面實地抽測相結合的方式，供水調度人員不能隨時全方位、立體的掌握供水斷面的實際供水狀況，對于保障供水流量的穩定、及時按需調整供水流量及供水計量數據的準確性均有一定的影響。2008年水庫在小壩分水樞紐處安裝了超聲波流量計計量系統，通過此系統可實時獲得各供水時段的供水計量數據，為合理而高效的進行供水調度工作提供技術支持。
　　2、系統硬件及計算原理
　　2.1計算原理
　　超聲波流量計系統硬件由超聲波換能器、電子轉換設備、流量顯示累積系統等部分組成。超聲波換能器利用壓電效應發射和接收聲波，通過檢測流體對超聲波的影響來測量流體體積流量。[1]桃林口水庫采用瑞士RittmeyerRISONIC200超聲波流量計用于計量引水流量，RISONIC2000超聲波流量計采用時差法原理來測量多條相互平行聲道上的線平均流速，然后結合渠道形狀換算出瞬時流量和累計水量。沿聲路方向的平均流速是由聲路長、聲路角及正逆向傳播時間決定的，（根據超聲波信號沿水流方向的正向傳播時間t12和逆向傳播時間t21可計算出傳播時間差，然后由設備根據該時間差可計算出線平均流速Va。）；瞬時流量累加計算出累積供水水量。[2]
　　2.2硬件布置
　　超聲波換能器安裝點位于渠首閘后208米處的箱涵內，過水斷面如下圖：
　　                   
　　因為水深不會超過2.8米，因此可以將過水斷面換算為矩形斷面：
　　假設水深為h，根據面積相等2.777×h–2×(1/2×0.255×0.255)=2.777×h’,求出h’=(h–0.0234)m。因此水深為h的過水斷面可以看作是渠寬2.777米，水深是（h–0.0234）米的矩形過水斷面。
　　由于斷面墻壁不是很規則，分別從測量斷面的上下游共取8處，測量渠寬，8個值的平均值作為過水斷面的寬度。
　　                       
　　換能器采用1E4P的布置方式，即1個測量斷面，4聲路。
　　過水斷面的水深通過rittmeyer壓力式水位計測得。水位計量程為0~5m水柱，精度為0.1%FS，4~20mA輸出。水位計探頭安裝在超聲波換能器測點的下游附近，安裝高程為0.3米，根據上述換算為矩形的分析，將水位計的輸出信號設置為：4~20mA對應0.2766m~5.2766m。
　　根據推算流量與水深的關系如下表：

                          
　　根據流量——水深的數據關系，為了有效的測量各個流量，換能器布置圖如下：
　　         
　　超聲波流量計主機安裝在渠首閘房內，主機與換能器用專用換能器電纜線連接。換能器測得的實時數據通過電纜線傳送至主機。主機負責對數據進行調制發射。RISONIC2000超聲波流量計換能器測量符合水力學聲路布置要求；時差測量分辨率精確。[3]
　　3、數據接收
　　RISONIC2000超聲波流量計測量計算出線平均流速Va。；瞬時流量累加計算出累積水量。流量計主機將套字節數據調制成無線數據以短信方式發射進入互聯網，水庫管理局計算機接收中心軟件接收客戶端通過互聯網7000端口接收到TCP數據包，由接收軟件計算出水深、水溫、瞬時流量、正向累計流量值，儲存進入數據庫，軟件數據庫采用SQLSERVER數據庫，可隨時寫入，隨時更新，存儲數據量大，安全性高，開放性強。在此數據庫基礎上利用桃林口水庫供水流量查詢系統，滿足水庫調度人員隨時查閱供水水深、瞬時流量、累計流量等具體供水計量數據。
　　4、系統應用
　　超聲波流量計系統建設應用后，管理人員可及時、高效的獲取各時段供水信息，系統運行穩定，數據誤碼率為零，數據精確度高。經過多次比較之后，該系統測算的計量數據亦得到了用水戶的認可，為水費結算數據提供了科學依據。現以下表系統測得正向累計流量為例加以分析，下表是2008.6.1號至12月1日系統接收中心軟件接收到的正向累計流量結果，因為數據量龐大，現只截取每月初數據加以說明，由表中可以看出2008.6.1號至12月1日水庫累計向秦皇島供水4590.895萬m³，而當地桃林口水文站實際測得的供水值為4580.495萬m³可見系統提供的供水總量值非常精確。
　　系統測量正向累計流量結果

                    
　5、結語：
　　超聲波流量計計量系統的應用，使水庫下游出口段面得到了全面掌控，調度人員可隨時在互聯網或局域網掌握各時段供水流量等計量數據，不但為水費結算提供了科學依據，對水庫優化調度，合理調蓄水源，減少供水損失，實現高效、優質供水具有非常重要的意義，對于水庫的現代化建設也具有重要意義。
　　
　　參考文獻：
　　[1]廖志敏,熊珊.超聲波流量計的研究和應用〔J〕.管道計術與設備,2004,(4):12-14
　　[2]桃林口水庫Rittmeyer超聲波流量計技術報告，2008年4月
　　[3]桃林口水庫Rittmeyer超聲波流量計安裝竣工報告，2008年4月