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用水量技术探讨 一、用水计量现状 准确的用水计量数据，对保护宝贵的水资源、节约用水、提高经济效益、保障水资源可持续利用具有重要的意义。居民生活用水量通过安装首检合格的水表来计量；工业、服务行业等用水大户，安装大口径流量仪表进行计量，但由于其口径大、拆卸困难或无法停止生产等原因，自安装后从未按照规定实施周期检定；农业灌溉用水量更大，但其计量管理仍属于粗放管理状态，部分灌溉采用明渠流量仪表计量用水量，部分灌溉通过水泵抽水按时计费，但按时计算用水量的方法与实际用水量偏差较大。由于用水量计量的误差导致无法给水资源量化管理提供准确的数据。本文针对水资源的用水计量现状在精确计量以及校准方法等方面进行探讨。 二、用水计量方式 1.管道输送中的用水计量方式 通过在管道上安装水表、电磁流量计、插入式超声波流量计等实现用水计量，这些流量计是重要的水资源和能源结算的计量仪表。 当用水量较小或管线小于25mm时，如居民生活用水，安装的是相应口径的机械式表或智能水表等。此类水表的计量执行安装前的首次检定，到期轮换。 当用水量较大或管线大于40mm时，如厂矿企业、服务行业以及部分农业灌溉等用水大户，安装的是较大或特大口径(口径达到1000mm以上）的水表、电磁流量计、插入式超声波流量计以及其他类型的流量计。由于在线使用的大口径流量计拆卸困难，难以做到在不影响正常供水情况下进行送检，因此必须进行在线校准，确保在线大口径流量计的准确度。 2.农业灌溉用水量方式 一是使用明渠流量计计量用水量，明渠流量计通过周期检定确保其准确度；二是通过水渠的扬程、机组效率、用水量等参数计算水泵抽出的水量，但这种方法没有明渠流量计、超声波流量计、电磁流量计和水表那样直观。 三、水流量计量方法探讨 采用流量仪表测量用水量，且流量仪表方面便拆卸送检的，可以通过液体流量标准装置进行周期值溯源，确保流量仪表的准确可靠。而对于拆卸困难或没有安装流量仪表的，采用流量计在线校准方法或农业灌溉控制系统进行用水计量。下面针对这两种方法进行分析。 1.水流量计的在线校准 由于在线大口径水流量计拆卸困难，因此建立一套标准表法在线校准装置对水流量计实施在线校准十分必要。 （1）标准标的选择 通过查阅流量计的相关资料及大量试验，得知外夹式超声流量计具有性能稳定、量程宽、安装简便等优点，其实验室实流检定准确度可以达到0.5%，考虑到现场测量的准确度及管道参数等的不确定因素，现场工作条件下可以达到1.0%。从技术方面看，用性能较好的多声道外夹式超声流量计作为标准表对2.0级及其以下大口径水流量计进行在线校准切实可行。 （2）标准表法在线校准装置组成 标准表法在线校准装置是由外夹式超声波流量计（流量计表体、超声换能器、二次仪表）、超声测厚仪、钢卷尺等组成。 （3）标准表法在线校准的原理 标准表法在线校准实际上是对在线流量计、前后链接管道、介质流动状态等组成的流量测量的整体校准。是将标准表串联在试验管线上，使流体在相同的时间间隔内连续通过标准表和被流量计，两者的二次仪表对同时采集到的信号进行数据处理并显示其流量，比较两者的流量值，得出标准表和被校流量计流量值之间的误差。 （4）标准表法在线校准方法 根据被校准流量计的使用说明书检查其工作状态是否工作。 外夹式超声流量计串联安装在被校流量计的上游或下游侧。 管径测量：用钢卷尺分别在换能器安装位置附近的同一截面上等角分布测量n次外周长，取其平均值算出外径。 管壁厚测量：用超声测厚仪在换能器的安装位置附近测量5个点，取其平均值。 标准表的安装：将测到的管外径、管壁厚及从现场技术资料确认的参数；被检管道的材质、管内衬里的材质及厚度和管内介质等相关参数输入超声流量计的二次仪表，计算出换能器安装的距离。由于现场工况条件以及安装位置对标准表的准确测量影响十分大，因此标准表的安装还应远离上游、下游扰动源，要考虑前方及后方阻力件的形式与状态，适当调整换能器的位置。位置确定后，将管壁上的油漆、铁锈、污垢等清除干净，用紧固件将标准流量计的换能器的发射面固定在管侧面的正侧线上，尽量保证声程在管径平面上，确保换能器的安装准确度，尽可能减少使用环境对其测量准确度的影响。 参数设置、信号接收等工作正常后，开始校准。根据现场的实际情况确定校准流量点，每个流量点校准3次。对于现场无法调节流量的，应分时进行校准。校准时应同时读取和记录标准表和被校流量计的示值，取平均值作为被校流量计各个流量点的误差值。 由上可见，用超声流量计作为标准表对大口径水流量计进行在线校准，方便了用水单位的计量工作，同时降低了资金的消耗。 2.农业灌溉控制系统的取水计量 （1）取水计量控制系统组成 农业灌溉在没有安装流量计的条件下可以通过建立取水计量控制系统进行用水量的计量。取水计量控制系统由水泵、电能表、控制器等组成，通过对该系统大量的试验总结出水泵抽出的水量与水泵的用电量及水泵的参数有关。 （2）取水计量控制系统原理及换算方法 取水计量控制系统是通过能量守恒水电互换原理，将水泵的电流、电压等变化参数及水泵的扬程、功率系数、轴功率等参数输入到取水计量控制系统的控制器，再由控制器计算出水泵抽出的水量。 由能量守恒定律：QgH=pt，可得 Q= pt/gH （1） 式中：Q水泵抽出的水量，kg;机组效率，水泵效率与电动机效率的乘积；p功率，W；t机组运行时间，s；g重力加速度，9.8m/s2;H扬程，m。 计算水泵每千瓦时电能的出水量，pt=1000*3600(J),则 Q1=（*1000*3600）/9.8H（kg) =367347/H(kg)=367/H(m3) （2） 用N表示水泵的用水量，令k=/H作为水泵系数，有 QN=367N/H (m3) =367kH(m3) （3） 由式（3）可知，影响 Qn 值的因素主要有水泵系数的误差和电能表引入的误差。而水泵系数的变化主要与水泵自身的变化，即机组效率和扬程随时间的变化、启停变化、地下水变化引起的变化等有关，可依据使用环境的不同，采用便携式超声波流量计在线进行定期或不定期校准系数k值，提高k的准确度；电能表的技术已成熟，其计量性能稳定，只要按照检定规程要求定期送检电能表，即可保证其数值的准确。因此，只要控制影响水泵出水量的准确度，即可确保水泵抽出的水量QN 值的准确度。 采用取水计量控制系统，建立一套完整的用水计量、控制和地下水动态监测体系，为水资源使用权的分配原则、方法和方案以及用水定额管理指标等提供准确的数据，实现宏观用水总量控制和微观定额管理，是建设节水型社会的系统工程。 四、结束语 根据我们开展在线大口径液体流量计校准的经验，建议新建大口径管线应在系统设计时配置标准测量管段便于以后对大口径流量计实现在线检测。标准