時(shí)間：2022-11-06 13:44:09
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一、水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的特點(diǎn)及技術(shù)要求
什么是“水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)”呢?這個(gè)系統(tǒng)是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種高新科技手段，對(duì)流域或地區(qū)的水資源及相關(guān)的大量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸及管理；以現(xiàn)代水資源管理理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托對(duì)流域或地區(qū)的水資源進(jìn)行實(shí)時(shí)、優(yōu)化配置和調(diào)度；以遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)化技術(shù)為依托對(duì)流域或地區(qū)的工程設(shè)施進(jìn)行控制操作。
這種系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：①對(duì)水資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括水量和水質(zhì)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的意義在于：只有掌握瞬時(shí)變化的水量信息，才能科學(xué)、準(zhǔn)確地進(jìn)行資源配置及調(diào)度；只有掌握瞬時(shí)變化的水質(zhì)信息，才能對(duì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和有效監(jiān)督，也才有可能應(yīng)對(duì)水污染突發(fā)事件，保證供水安全。②這種系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)(GIS)為框架，除了采集水資源信息外，還廣泛采集流域或地區(qū)內(nèi)的氣象、墑情等自然信息，水利工程等基礎(chǔ)設(shè)施信息，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的基本信息以及需水部門的需水信息。③它不同于以往的水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，僅僅具有監(jiān)測(cè)功能。這種系統(tǒng)更重要的功能是進(jìn)行實(shí)時(shí)配置調(diào)度。它是在監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，以大量的綜合信息為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代水資源管理數(shù)學(xué)模型，為水資源的實(shí)時(shí)配置、調(diào)度提供決策支持。這種模型勢(shì)必突破“就水論水”局限，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展——資源——環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，體現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用原則，體現(xiàn)“依法治水”的原則。④這種系統(tǒng)應(yīng)是高新技術(shù)的集成。系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)充分吸收國(guó)際上最新技術(shù)，堅(jiān)持高起點(diǎn)。它包括監(jiān)測(cè)技術(shù)、通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化技術(shù)、遙感、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、計(jì)算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)、人工智能、遠(yuǎn)程控制等先進(jìn)技術(shù)。⑤它的設(shè)置應(yīng)是因地制宜的。針對(duì)不同流域、不同地區(qū)不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及基礎(chǔ)設(shè)施狀況，水資源管理中不同的重點(diǎn)問題，水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)置也應(yīng)具有不同的特點(diǎn)。系統(tǒng)的設(shè)置還應(yīng)與防洪調(diào)度指揮系統(tǒng)的建設(shè)相結(jié)合。
這種系統(tǒng)的技術(shù)要求是：①以現(xiàn)代電子、信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)傳輸和在線分析，有效地提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確率，確保監(jiān)測(cè)信息的有效性。②充分掌握所在地區(qū)水資源供需狀況，建立相應(yīng)的資料庫(kù)和水量、水質(zhì)模型、供需水模型及生態(tài)環(huán)境分析模型。供水方面包括：地表水、地下水、土壤水，主水、客水、污水回用等等，需水方面包括：生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境用水等。③充分運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和人工智能等技術(shù)進(jìn)行高度技術(shù)集成，快速、高效、準(zhǔn)確、客觀地分析處理大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)已建立的供需水模型和水環(huán)境分析模型等，動(dòng)態(tài)生成水資源優(yōu)化配置、調(diào)配計(jì)劃等輔助決策方案。④以綜合分析和輔助決策為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的優(yōu)化配置、遠(yuǎn)程控制和科學(xué)管理等，即實(shí)現(xiàn)水資源調(diào)控的現(xiàn)代化。⑤系統(tǒng)應(yīng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性，以滿足不同用戶的需求。
二、水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)具備水資源實(shí)時(shí)測(cè)、水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、水資源實(shí)時(shí)調(diào)度和水資源實(shí)時(shí)管理等功能。其功能概要詳見圖1。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)又可分解為以下主要部分(參見圖2)：①數(shù)據(jù)庫(kù)(包含圖形庫(kù)、圖像庫(kù)和CIS系統(tǒng))，②模型庫(kù)(包括方法庫(kù))，③知識(shí)庫(kù)，④在線數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，⑤綜合信息管理子系統(tǒng)，⑥綜合分析與決策支持子系統(tǒng)，⑦實(shí)時(shí)控制管理子系統(tǒng)。其核心是綜合分析與決策支持子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)。其他各部分則為系統(tǒng)核心的補(bǔ)充、延展和支持。
系統(tǒng)總控目的是建立系統(tǒng)各部分之間的聯(lián)系、控制各庫(kù)和各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。
在線數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)提供相關(guān)水資源與水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和數(shù)據(jù)可靠性在線分析功能。其重點(diǎn)是對(duì)地表水和地下水(水量、水位、水質(zhì)及水溫等)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理，以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性的實(shí)時(shí)在線分析處理等。該子系統(tǒng)還應(yīng)提供與各類監(jiān)測(cè)儀器銜接的數(shù)據(jù)采集接口，通過接口模塊動(dòng)態(tài)收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料，確保存入數(shù)據(jù)庫(kù)中的監(jiān)測(cè)資料的有效性、完整性和可靠性。
綜合信息管理子系統(tǒng)管理各種水資源水環(huán)境監(jiān)控項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料的輸入、存儲(chǔ)、整編、查詢與傳輸?shù)裙δ埽瑢?duì)水資源監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合管理和處理。該子系統(tǒng)還應(yīng)提供對(duì)綜合分析與決策支持子系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸接口。
實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)主要完成兩個(gè)功能：一是將系統(tǒng)綜合分析與輔助決策的成果以實(shí)時(shí)報(bào)告(如水資源預(yù)報(bào)、水質(zhì)分析公報(bào)、企業(yè)排污超標(biāo)警報(bào)、水資源調(diào)配建議方案等)和多媒體報(bào)警信號(hào)(如大屏幕指示、聲光警報(bào)等)的形式進(jìn)行動(dòng)態(tài)輸出，以供決策部門進(jìn)行水資源配置和管理參考；二是將輸出指令直接作用于可控自動(dòng)化水資源調(diào)配和控制設(shè)備(如給、排水閘門等)，通過有線/無線/遠(yuǎn)程控制技術(shù)對(duì)系統(tǒng)所涉區(qū)域內(nèi)的重點(diǎn)給、排水設(shè)備及重點(diǎn)控制工程進(jìn)行遠(yuǎn)距離的調(diào)節(jié)控制。
綜合分析與決策支持子系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析處理。其主要功能就是運(yùn)用模型庫(kù)中的相應(yīng)模型對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行智能化的綜合分析，參照知識(shí)庫(kù)中的專家知識(shí)和有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)程規(guī)范，形成水資源(包括水量、水質(zhì)、水情和水環(huán)境等)動(dòng)態(tài)狀況的分析成果；并根據(jù)分析成果，產(chǎn)生輔助決策報(bào)告或直接控制指令。系統(tǒng)還應(yīng)專門設(shè)計(jì)有多庫(kù)協(xié)同器，進(jìn)行各庫(kù)之間的協(xié)調(diào)。多庫(kù)協(xié)同器提供系統(tǒng)各庫(kù)的協(xié)同規(guī)劃、綜合調(diào)度、人機(jī)交互、資源共享、沖突仲裁和通信聯(lián)絡(luò)等處理功能。
綜合分析與決策支持子系統(tǒng)是本系統(tǒng)的技術(shù)核心，它將以國(guó)內(nèi)外近年在水源、水環(huán)境和農(nóng)田水利等方面的科研成果為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代高新技術(shù)進(jìn)行綜合開發(fā)，形成技術(shù)先進(jìn)、功能完善、實(shí)用性強(qiáng)、又便于擴(kuò)展和更新的具有決策支持能力的智能化綜合分析系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確高效地收集和及時(shí)處理大量復(fù)雜的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的重點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)及綜合信息管理子系統(tǒng)是面向數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和信息查詢的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容包括：①水利工程檔案庫(kù)，②監(jiān)測(cè)儀器特征庫(kù)，③原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，④整編監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，⑤監(jiān)測(cè)網(wǎng)站資料庫(kù)，⑥人工巡視檢查資料庫(kù)，⑦數(shù)據(jù)自動(dòng)采集參數(shù)庫(kù)，⑧模型輸入輸出數(shù)據(jù)庫(kù)，⑨成果數(shù)據(jù)庫(kù)，⑩實(shí)時(shí)控制日志數(shù)據(jù)庫(kù)等。圖形庫(kù)和圖像庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的延展和補(bǔ)充。
模型庫(kù)及其管理子系統(tǒng)提供相應(yīng)分析處理使用的處理模型和計(jì)算方法的例程庫(kù)。包括各種時(shí)態(tài)和空間模型、在線數(shù)據(jù)可靠性分析算法等。包括水情預(yù)報(bào)模型、水量評(píng)價(jià)模型、水量預(yù)測(cè)模型、水質(zhì)評(píng)價(jià)模型、水質(zhì)預(yù)測(cè)模型、水污染模型、需水模型、生態(tài)環(huán)境分析模型、洪水演進(jìn)及仿真模型、決策支持模型等等。
知識(shí)庫(kù)及其管理子系統(tǒng)是用于知識(shí)信息的存儲(chǔ)及其使用管理的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)內(nèi)容包括：①各監(jiān)控項(xiàng)目的監(jiān)控指標(biāo)，②日常巡視檢查的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，③監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差限值，④專業(yè)規(guī)律指標(biāo)，⑤專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，⑥水利法律、法規(guī)，行業(yè)規(guī)程、規(guī)范的有關(guān)條款等。
三、水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的實(shí)施
本文作者：付亞榮李冬青付麗霞作者單位：中國(guó)石油華北油田
基礎(chǔ)研究（學(xué)科分類：采油采氣工程其他學(xué)科）。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新建立不同物性原油流變模型Binghum本構(gòu)方程，揭示了影響原油低溫脫水的因素，在系統(tǒng)回答影響原油低溫脫水關(guān)鍵理論問題的基礎(chǔ)上，提出了不同原油脫水低溫破乳劑的研究方向。
以中間基原油低溫破乳劑研究為例進(jìn)行說明。中間基原油Binghum流體的流變模式為τ=87.31－0.102γ。根據(jù)原油的本構(gòu)方程和“改頭、交聯(lián)、復(fù)配”思路，研發(fā)出冀中南部中間基原油低溫脫水破乳劑及其制備方法，由此實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能減排。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過大量調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，苯酚、四乙烯五胺、甲醛在同一體系中能形成具有互補(bǔ)性、優(yōu)勢(shì)性、高活性的破乳劑“頭”——以甲苯封口、由酚醛、胺醛、酚胺樹酯混合而成。并打破常規(guī)束縛制備破乳劑干劑，將氫氧化鈉作為催化劑使中間體與環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷聚合，環(huán)氧氯丙烷封口，從而提高聚醚的活性。此外，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了正交試驗(yàn)復(fù)配現(xiàn)場(chǎng)破乳劑的生產(chǎn)模式。通過正交試驗(yàn)確定合成低溫破乳劑CDKT－HB04的起始劑、催化劑等指標(biāo)（見表2）。通常，需要考察的指標(biāo)包括在45℃溫度并持續(xù)90分鐘狀態(tài)下得到的脫水率，以及污水水質(zhì)與界面。團(tuán)隊(duì)圍繞影響合成的7個(gè)因素，按照具體情況分別選出考察、比較的條件：（1）因素A（起始劑類型）：第一位級(jí)（水平）A1＝酚醛、胺醛、酚胺樹酯混合類，第二位級(jí)A2＝多乙烯多胺類；（2）因素B（催化劑類型）：第一位級(jí)（水平）A1＝氫氧化鉀，第二位級(jí)A2＝氫氧化鈉；（3）因素C（PO、EO的接鏈順序）：第一位級(jí)（水平）A1＝PO—EO，第二位級(jí)A2＝EO—PO；（4）因素D（封口劑類型）：第一位級(jí)（水平）A1＝環(huán)氧氯丙烷，第二位級(jí)A2＝醋酸；（5）因素E（反應(yīng)溫度）：第一位級(jí)（水平）A1＝120±5℃，第二位級(jí)A2＝125±5℃；（6）因素F（反應(yīng)壓力）：第一位級(jí)（水平）A1＝0.15MPa～0.30MPa，第二位級(jí)A2＝0.20MPa～0.40MPa；（7）因素G（反應(yīng)時(shí)間）：第一位級(jí)（水平）A1＝1～2小時(shí)，第二位級(jí)A2＝2～3小時(shí)。對(duì)于合成的CDKT－HB04，需要考察脫水率（40℃或45℃、90分鐘）、污水水質(zhì)與界面。通過8次試驗(yàn)的合成結(jié)果，團(tuán)隊(duì)直接觀察發(fā)現(xiàn)A1B2C2D2E2F2G1合成條件較好；通過計(jì)算極差數(shù)據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)A1B1C2D1E2F1G1合成條件較好。為掌握造成污水水質(zhì)清、界面不齊的原因，團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了第二批正交試驗(yàn)。在分析污水水質(zhì)界面的影響因素后，挑選出3個(gè)因素及其相應(yīng)位級(jí)實(shí)施正交試驗(yàn)。選定的因素分別為：（1）起始劑類型，位級(jí)A1為四乙烯五胺、位級(jí)A2為酚醛樹酯；（2）封口劑類型，位級(jí)B1是環(huán)氧氯丙烷、位級(jí)B2是甲苯二異氫酸酯；（3）PO與EO接鏈順序，位級(jí)C1為PO—EO、C2為EO—PO。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第一次試驗(yàn)所得到的兩個(gè)合成組合，其效果一致（見表3）。冀中南部某油田屬中間基原油，脫水溫度65℃～70℃，每年升溫需要消耗大量自用燃油（不含水原油）。團(tuán)隊(duì)依照“改頭、交聯(lián)、復(fù)配”方式，研制出高效、適合中間基原油的低溫脫水破乳劑；并根據(jù)制定的合成路線，在室內(nèi)復(fù)配合成了36個(gè)低溫原油破乳劑樣品，用車城油田中間基原油按SY-5281對(duì)合成樣品進(jìn)行脫水性能評(píng)價(jià)。針對(duì)篩選出的10個(gè)具有較高脫水率和較快脫水速率的單劑，進(jìn)行單劑之間1:1總加量200mg/L的二元復(fù)配，試驗(yàn)溫度為45℃。得到兩種復(fù)配破乳劑脫水率比劑提高幅度超過8.5個(gè)百分點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)將脫水率、水質(zhì)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)溫度、破乳劑加量、復(fù)配比例3個(gè)因素各取5個(gè)水平（溫度40℃～44℃，總加量分別為100、150、200、250、300mg/L，復(fù)配質(zhì)量比分別為3:1、2:1、1:1、1:2、1:3）進(jìn)行正交試驗(yàn)。結(jié)果表明，3個(gè)因素中影響脫水率的極差不同：溫度對(duì)脫水率極差影響小于2.5個(gè)百分點(diǎn)、復(fù)配比對(duì)脫水率極差影響最小，破乳劑的加量由100mg/L增為300mg/L時(shí)，脫水率曲線在200mg/L處出現(xiàn)拐點(diǎn)；復(fù)配比為1:2或2:1時(shí)，復(fù)配雙劑的效果最好。因此，應(yīng)用復(fù)配比為1:2或2:1雙劑復(fù)配的破乳劑，在現(xiàn)場(chǎng)溫度為40℃～44℃且實(shí)際加量為室內(nèi)試驗(yàn)的1/2～2/3時(shí)，中間基原油脫水可滿足生產(chǎn)需要。破乳劑成品則要求室內(nèi)試驗(yàn)加藥量在200mg/L、脫水溫度為45℃時(shí)，90分鐘的絕對(duì)脫水率最低達(dá)到93.5%，水質(zhì)清、界面齊才能滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。因此，應(yīng)利用控制圖檢驗(yàn)破乳劑的質(zhì)量特性。絕對(duì)脫水率作為需要研究的重要質(zhì)量特性，通過控制圖加以控制。由于需控制的絕對(duì)脫水率是計(jì)量特性值，因此選用X-R控制圖。以5個(gè)時(shí)段為一個(gè)樣本，樣本容量n=5，每小時(shí)取1個(gè)樣本；收集25個(gè)樣本數(shù)據(jù)（樣本數(shù)k=25），按照觀測(cè)順序予以記錄（見表4）。從表4可知，各樣本平均值的平均值X=95.8384，樣本極差平均值R=1.476。X圖：中心線CL＝X=95.8384，UCL＝X+A2R，A2為隨樣本容量（n）而變化的系數(shù)。當(dāng)n=5時(shí)通過查表得到A2＝0.577，則UCL=95.8384+0.577×1.476=96.69，LCL=95.8384-0.577×1.476=94.9867R圖：中心線CL=R=1.476，UCL=D4R=2.115×1.476=3.12174，LCL=D3R；當(dāng)n=5時(shí)D3為負(fù)數(shù)，因此LCL為0。按照判穩(wěn)準(zhǔn)則觀測(cè)X-R控制圖，連續(xù)25個(gè)點(diǎn)其界外點(diǎn)數(shù)（d）為0、過程的變異度與均值處穩(wěn)定狀態(tài)，說明破乳劑生產(chǎn)過程穩(wěn)定、可滿足生產(chǎn)需要。由于X=95.8384與容差中心M＝95.00不重合，因此對(duì)出現(xiàn)偏移的過程能力指數(shù)（Cpk）進(jìn)行計(jì)算：Cp＝(Tu-Tl)÷6δ=1.76，K=｜M-u│T/2＝0.5589，Cpk＝（1-K）Cp=0.7763；統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下Cp=1.76＞1，由于u與M偏離，故Cpk＜1。根據(jù)對(duì)破乳劑的質(zhì)量要求，當(dāng)前的統(tǒng)計(jì)過程狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)、工藝和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。2007年5月起在冀中南部油田聯(lián)合站應(yīng)用時(shí)，原油脫水溫度在40℃～45℃，低溫破乳劑加量為50mg/L～80mg/L時(shí)，脫后原油含水小于0.2%、污水含油小于150mg/L，達(dá)到了原油外輸標(biāo)準(zhǔn)，脫后污水中含油量達(dá)標(biāo)。
石蠟基原油低溫脫水破乳劑。團(tuán)隊(duì)以利用頂替學(xué)、膠溶學(xué)理論為依據(jù)，創(chuàng)建冀中南部石蠟基原油低溫脫水破乳劑的生產(chǎn)方法，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)并實(shí)現(xiàn)了重大突破。利用FC—N01碳氟表面活性劑能與所有溶劑互溶的優(yōu)越性能及超低界面張力的特性，將脫水速度快、脫水率高、低溫脫水性能好的多胺類聚氧丙烯聚氧乙烯醚AE8051，與具有乳化降黏、油污重垢清洗功能的聚醚多元醇型SAA和高黏稠油的破乳脫水脫鹽劑聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚BP28，以甲醇和水為溶劑進(jìn)行復(fù)配，突破了冀中南部石蠟基原油低溫脫水的難題。2007年3月起在冀中南部油田的聯(lián)合站應(yīng)用，原油脫水溫度為35℃～40℃、低溫破乳劑加量在50g/L～80mg/L時(shí)，脫后的原油含水小于0.2%、污水含油小于100mg/L，達(dá)到了原油外輸標(biāo)準(zhǔn)。脫后污水中含油量達(dá)標(biāo)。
烷基原油低溫脫水破乳劑。團(tuán)隊(duì)建立描述冀中南部環(huán)烷基原油特性的本構(gòu)方程，找到其低溫脫水的機(jī)理以及現(xiàn)場(chǎng)失穩(wěn)的條件，提出了以含有松香胺的多胺類聚醚、烷基酚醛類聚醚、多亞乙烯多胺聚醚的復(fù)配路線。借助FC—N01碳氟表面活性劑的優(yōu)良特性，以甲醇和水為溶劑，將含有松香胺成分的多胺聚醚，具有較強(qiáng)低溫脫水、脫鹽能力的烷基酚醛樹脂聚醚和高黏稠油的破乳脫水脫鹽劑多亞乙烯多胺聚醚進(jìn)行復(fù)配，由此得到了冀中南部環(huán)烷基原油低溫脫水的方法。環(huán)烷基原油即常說的稠油，其特點(diǎn)是黏度大、膠質(zhì)含量高。稠油破乳一直是破乳劑研究的熱點(diǎn)問題。提高脫水溫度是滿足破乳脫水必要條件(一般為60℃～65℃)；同時(shí)，為了提高原油采收率，常采用表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等方法；采出液多為O/W/O或W/O/W型乳狀液，且含有一定量的泥砂。這些都需要提高脫水溫度、延長(zhǎng)脫水時(shí)間以滿足破乳脫水的需要，由此造成大量的熱能損失，也給系統(tǒng)帶來了巨大的運(yùn)行負(fù)荷，影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。根據(jù)冀中南部環(huán)烷基原油的物性特征及本構(gòu)方程，團(tuán)隊(duì)關(guān)于破乳劑的研制技術(shù)思路是將含有松香胺的多胺類聚醚、烷基酚醛類聚醚、多亞乙烯多胺聚醚進(jìn)行復(fù)配。通過正交試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)確定了適合冀中南部環(huán)烷基原油低溫破乳劑的基礎(chǔ)配方，其原料組分重量比為：多胺類聚氧丙烯聚氧乙烯醚10%～15%，烷基酚醛樹脂聚氧丙烯聚氧乙烯醚30%～40%，多亞乙烯多胺聚氧丙烯聚氧乙烯醚10%～15%；FC—N01氟碳表面活性劑0.05%～0.2%；甲醇20%～25%，水15%～22%。在具體操作上，團(tuán)隊(duì)將多亞乙烯多胺聚氧丙烯聚氧乙烯醚、多胺類聚氧丙烯聚氧乙烯醚、FC—N01氟碳表面活性劑、烷基酚醛樹脂聚氧丙烯聚氧乙烯醚4種原料，按比例加入搪瓷反應(yīng)釜；緩慢升溫至70℃～75℃，不斷攪拌并加入甲醇；在繼續(xù)攪拌30分鐘后停止加熱，邊攪拌邊冷卻至常溫。之后按比例加入水并同時(shí)攪拌，攪拌20分鐘后出料，得到冀中南部環(huán)烷基原油采出液脫水低溫破乳劑。2007年7月起在冀中南部油田的聯(lián)合站得到應(yīng)用，原油脫水溫度在40℃～45℃、低溫破乳劑的加量為50mg/L～80mg/L時(shí)，脫后的原油含水小于0.2%、污水含油小于120mg/L，達(dá)到了原油外輸標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：地下水水源熱泵節(jié)能
武漢香榭里花園位于武漢市漢口香港路中段，是武漢市地稅局開發(fā)建設(shè)的職工自用住宅小區(qū)，整個(gè)小區(qū)占地17畝，東西方向長(zhǎng)約140m，南北方向長(zhǎng)約100m，臨街有幢70年代興建的8層住宅樓，長(zhǎng)度約60m。小區(qū)由三幢13層的小高層住宅圍合而成，總建筑面積為40856m2,其中1號(hào)樓1單元1~7層為辦公用房，辦公用房建筑面積2856m2。小區(qū)建筑高度40M，共有住戶188戶。
本工程98年開始設(shè)計(jì)，2000年開始動(dòng)工興建，2002年11月竣工投入使用，現(xiàn)已使用一個(gè)完整的空調(diào)制冷供暖季，使用效果良好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。
1．設(shè)計(jì)參數(shù)
空調(diào)室外設(shè)計(jì)參數(shù)按《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ19-87，2001版）武漢地區(qū)氣象參數(shù)選取，室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)按表1選取。根據(jù)室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算出的室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷如下：1號(hào)樓（綜合樓）空調(diào)冷負(fù)荷1164.6Kw，熱負(fù)荷931.7Kw；2號(hào)住宅樓空調(diào)冷負(fù)荷1058.4Kw，熱負(fù)荷846.8Kw；3號(hào)住宅樓空調(diào)冷負(fù)荷1464Kw，熱負(fù)荷1171.2Kw?？照{(diào)總冷負(fù)荷3687Kw，熱負(fù)荷2950Kw。
表1空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)序號(hào)
名稱
夏季
冬季
溫度（℃）
相對(duì)濕度（%）
溫度（℃）
相對(duì)濕度（%）
1
辦公
26
60%
20℃
40%
2
客廳
27
65%
20℃
40%
3
餐廳
27
65%
20℃
40%
4
臥室
26
65%
20℃
40%
2．空調(diào)冷熱源
該場(chǎng)地位于長(zhǎng)江一級(jí)堆積階地中部，地勢(shì)平坦，地面標(biāo)高20.5m，根據(jù)場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告和武漢地質(zhì)工程勘察院2001年4月編制的“試驗(yàn)井水文地質(zhì)報(bào)告”可知，場(chǎng)地內(nèi)賦存豐富的地下承壓水，開發(fā)利用條件極好，具備使用水源熱泵的條件。
2.1場(chǎng)地水文地質(zhì)條件和主要含水層水文地質(zhì)參數(shù)
場(chǎng)地地層為第四系全新系統(tǒng)沖積層，為一元結(jié)構(gòu)，自上而下分布為：雜填土，深度0~1.6m；淤泥質(zhì)粘土，深度1.6~14.0m；淤泥質(zhì)粉砂，深度14.0~17.0m；粉細(xì)砂，深度17.0~35.0m；屬弱透水層，厚度18m；細(xì)砂，深度35.0~40.0m,主要含水層，層厚5m；含礫中粗砂，深度40.0~43.0m，礫徑一般為0.5~1.0cm，主要含水層，層厚3m；砂礫石，深度43.0~46.0m，以礫石為主，礫徑一般為1.0~5.0cm，最大達(dá)12cm，磨園度好，主要含水層，層厚3m；含礫粘土巖，深度46.0~47.0m，礫石大小混雜，以石英巖、石英砂巖為主，次為火遂石、硅質(zhì)巖，為隔水層。因此，場(chǎng)地含水層總厚度為29m，其中主要含水層厚度為11m，分布在中下部。
2001年4月測(cè)得地下靜止水位標(biāo)高為17.8m（從井口標(biāo)高21.0m算起埋深3.2m），含水層頂板標(biāo)高3.5m，因此，地下水的類型為承壓水，承壓水頭高度為14.3m。抽水試驗(yàn)系單井抽水試驗(yàn)，當(dāng)用QJ-5/24型深井潛水泵抽出水量1200m3/d時(shí)，5分鐘后地下水位基本穩(wěn)定于標(biāo)高14.7m處，水位下降值3.1m，水位穩(wěn)定時(shí)間24小時(shí)。經(jīng)過計(jì)算，水文地質(zhì)參數(shù)為：滲透系數(shù)K值為14.55m/d，影響半徑尺值為118.33m。
地下水為無色、無味、無肉眼可見物，實(shí)測(cè)水溫為18.5℃，經(jīng)水質(zhì)分析，地下水水化學(xué)類型屬重碳酸鈣型水，PH值為7.2，總礦化度980.75mg/l，總硬度535.12mg/l，屬中等礦化極硬水?？傝F（Fe）含量為16mg/l，其中Fe2+含量為15.8mg/l，Mn含量為0.44mg./l，CL-含量為84.72mg/l。不經(jīng)過專門處理，不適宜飲用和生活洗滌用。
2.2抽水井和回灌井設(shè)計(jì)
抽水井、回灌井的布置及設(shè)計(jì)必須根據(jù)場(chǎng)地環(huán)境條件進(jìn)行，在保證水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)地下水長(zhǎng)期穩(wěn)定使用的前提下，又不致造成地下水利用期間地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)。經(jīng)過計(jì)算機(jī)和水源冷熱水空調(diào)機(jī)組的選型，地下水開采量必須達(dá)到滿足高峰空調(diào)負(fù)荷的3000m3/d。根據(jù)此用水量和試驗(yàn)井抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，抽水井設(shè)計(jì)為三口，每口井水量1000m3/d,三口井三角形布設(shè)，間距80~120m，回灌井五口，每口井回灌水量600m3/d，總回灌水量3000m3/d，五口井呈梅花形布置，井間距最小大于40m。當(dāng)三口抽水井與五口回灌井同時(shí)工作時(shí)，即抽取的地下水經(jīng)水源熱泵機(jī)組利用后全部回灌入五口回灌井時(shí)，經(jīng)電子計(jì)算機(jī)專用程序計(jì)算后，并繪制出抽水井和回灌井同時(shí)工作狀態(tài)下水位等值線圖顯示，場(chǎng)地東側(cè)基本沒有變化（變化小于0.5m），場(chǎng)地南側(cè)地下水水位有不到1.0m的沉降，大部分場(chǎng)地的地面沉降均小于0.5cm，只有場(chǎng)地南側(cè)地面沉降有1.0cm。大部分場(chǎng)地（包括原有8層住宅樓）不均勻沉降小于0.2‰，不會(huì)產(chǎn)生不良地質(zhì)現(xiàn)象或影響建筑物的正常使用。地下水的開采與回灌設(shè)計(jì)由武漢地質(zhì)工程勘察院進(jìn)行，并由湖北省深基坑工程咨詢審查專家委員會(huì)進(jìn)行了咨詢審查，設(shè)計(jì)方案得到了確認(rèn)和通過。
抽水井的井結(jié)構(gòu)為：井孔深度47.0m，孔徑500mm，井管直徑273mm，井管為壁厚8.0mm的無縫鋼管，管與管采用對(duì)口焊接，井管下置深度47.0m，自上而下0~23.0m為實(shí)管，23.0~46.0m為過濾管，46.0~47.0m為沉淀管。井管與井孔均必須圓直，井管下入井孔時(shí)，井管必須有找中器，管底必須用鋼板焊死，井孔與井管間從下而上回填標(biāo)準(zhǔn)礫砂（粒徑2~3mm）至深度18.0m處，再用干粘土球填至地面。采用包網(wǎng)填礫過濾器，過濾管在深度23.0m處與實(shí)管連接，過濾管表面由梅花形孔眼排列而成，過濾管表面必須均勻地焊縱向墊筋17根，墊筋外面用3層60目尼龍網(wǎng)扎牢（取水時(shí)要求地下水含砂量小于二十萬分之一）抽水井施工完畢后必須洗井直至水清砂凈，方可用水泵進(jìn)行抽水，每口井均必須經(jīng)過抽水試驗(yàn)和試運(yùn)行，方可正式投入使用。
回灌井的井結(jié)構(gòu)為：井孔深度47.0m，孔徑500mm，井管直徑273mm，井管為壁厚8.0mm的無縫鋼管，管與管間采用對(duì)口焊接，井管下置深度47.0m。井管從孔口算起0~34.0m為實(shí)管，34.0~6.0m為回灌過濾管，46.0~47.0為沉淀管，沉淀管底部用鋼板焊死。井管與井孔間從下而上，回填標(biāo)準(zhǔn)礫砂（粒徑2~5mm）到深度21.0m處，兩用干粘土球填至深度10.0m處，最后用水下澆注法將水灰比為0.45的純水泥漿澆注至孔口。采用纏絲包網(wǎng)填礫過濾管，過濾管在深度34.0m處與實(shí)管連接。過濾管的孔眼排列，孔徑數(shù)量和孔隙率與抽水井的過濾管相同。過濾管表面焊接縱向墊筋的直徑、材料、數(shù)量也與抽水井的過濾管相同，回灌井施工完畢后必須立即洗井，直至水清砂凈，接著進(jìn)行回灌水試驗(yàn)和試運(yùn)行，并提出相應(yīng)資料，方可投入使用。
為保證隨時(shí)掌握地下水的使用和變化情況，還應(yīng)該設(shè)置專門的水位觀測(cè)井或利用抽水井與回灌井進(jìn)行水位觀測(cè)。抽水井與回灌井的科學(xué)設(shè)計(jì)和合理分布直接影響到水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，必須找有資質(zhì)的專業(yè)水文地質(zhì)部門進(jìn)行設(shè)計(jì)，鑿井施工也必須嚴(yán)格按《供水管井設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GJJ10-86）執(zhí)行，以確保成井的質(zhì)量。
2.3水源冷熱水機(jī)組選用
地下水在夏季和冬季的實(shí)際需要量，與空調(diào)系統(tǒng)選擇的水源冷熱水機(jī)組性能、地下水溫度、建筑物內(nèi)循環(huán)溫度和冷熱負(fù)荷以及熱交換器的型式、水泵能耗等有密切關(guān)系。電腦軟件選型分析及實(shí)際工程使用結(jié)果表明地下水使用溫差較大時(shí)，水源冷熱水機(jī)組的能效比較高，地下水的使用量較小，其配套井水泵的功率也較小。因此，在實(shí)際選用水源熱泵系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡可能加大地下水的使用溫差，減少地下水用量，這對(duì)提高水源熱泵系統(tǒng)的能效比和減少地下水量的開采，保護(hù)水資源都是極為重要的，如此合理高效地利用地下水資源才能產(chǎn)生最好的節(jié)能環(huán)保效益。經(jīng)過多方技術(shù)論證，設(shè)計(jì)中最后選用意大利克萊門特公司生產(chǎn)的BE/SRHH/D2702型水—水螺桿冷熱水機(jī)組3臺(tái)，因地下水氯離子含量偏高（84.72mg/l），為防止水源冷熱水機(jī)組被腐蝕和泥沙堵塞，地下水抽取后先進(jìn)入板式換熱器，設(shè)計(jì)中選用的板式換熱器為阿法拉伐公司的M15-EFG8型板式換熱器。板式換熱器采用小溫差（對(duì)數(shù)溫差2K）設(shè)計(jì)，制冷時(shí)地下水進(jìn)/出口溫度為18/32℃，進(jìn)入機(jī)組溫度為20/34℃；制熱時(shí)，地下水進(jìn)/出口溫度為18/10℃，進(jìn)入機(jī)組溫度為16/8℃，每臺(tái)機(jī)組地下水冬夏季的使用量均為80m3/h。采用板式熱交換器間接換熱，水源冷熱水機(jī)組的能效比約降低5%左右，但能保護(hù)機(jī)組穩(wěn)定正常運(yùn)行，提高機(jī)組的使用壽命。
3．空調(diào)系統(tǒng)形式
水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)水環(huán)路的設(shè)計(jì)與常規(guī)冷水機(jī)組水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)略有差異，必須根據(jù)各生產(chǎn)廠家的技術(shù)要求進(jìn)行考慮。用戶側(cè)及地下水側(cè)空調(diào)循環(huán)水泵與水源冷熱水機(jī)組均采用先并后串的方式，循環(huán)水泵既可與冷熱水機(jī)組實(shí)現(xiàn)“一對(duì)一”供水，又可互相調(diào)節(jié)互為備用。對(duì)于水源冷熱水機(jī)組來說其實(shí)現(xiàn)夏冬季節(jié)制冷供暖的轉(zhuǎn)換，是通過水路系統(tǒng)閥門的轉(zhuǎn)換來進(jìn)行的，夏季用戶側(cè)通過蒸發(fā)器回路供應(yīng)冷凍水，冬季用戶側(cè)則通過冷凝器回路供應(yīng)供暖熱水。因此夏冬季節(jié)水環(huán)路轉(zhuǎn)換閥最好采用調(diào)節(jié)靈活、性能可靠的電動(dòng)閥，采用普通蝶閥時(shí)也一定要采用關(guān)斷靈活、密閉性好的閥門。地下水井抽水泵可采用深井潛水泵，潛水泵下放深度應(yīng)在動(dòng)水位之下5m處，安裝要平穩(wěn)，泵體要居中。一般依據(jù)井管內(nèi)徑、流量和揚(yáng)程要求，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的樣本選配合適的水泵，再根據(jù)所需電功率選擇電機(jī)及配套電纜。潛水泵的揚(yáng)程應(yīng)包括井內(nèi)動(dòng)水位至機(jī)房地面高度，管道及板式換熱器阻力，水泵管道阻力及回灌余壓。地下水回灌管道設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)各回灌井的距離進(jìn)行阻力平衡計(jì)算，以保證各灌井流量的均衡。
空調(diào)室外水環(huán)路和室內(nèi)立管均采用機(jī)械密閉同程式系統(tǒng)，每個(gè)戶型由上至下均設(shè)有空調(diào)供回水管井，下供上回，戶內(nèi)空調(diào)水管路為異程式。每戶供水管上設(shè)有分戶計(jì)量裝置，回水管上設(shè)有流量平衡閥。戶內(nèi)空調(diào)末端設(shè)備均為臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤管，根據(jù)裝修布置情況頂送頂回或側(cè)送底回。風(fēng)機(jī)盤管及戶內(nèi)連接水管的布置均根據(jù)戶型設(shè)置情況盡量利用走道、進(jìn)門過道，衛(wèi)生間、廚房等對(duì)房間使用功能影響較小的位置，做到隱蔽、美觀并與室內(nèi)裝修融為一體。空調(diào)室內(nèi)供回水管保溫采用難燃橡塑管套，室外空調(diào)供回水水管采用聚氨脂現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡保溫直埋管，并作五層防水防腐保護(hù)層和玻璃鋼護(hù)殼，穿越馬路的直埋管增設(shè)鋼套管，并保證埋設(shè)深度在1m以上。
4．空調(diào)自控及減振
克萊門特水源冷熱水機(jī)組采用CVM300電腦微處理器，功能齊全，可自動(dòng)調(diào)溫，調(diào)節(jié)流量、故障報(bào)警、記錄及自診斷功能，可進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守。多機(jī)控制系統(tǒng)除具備單機(jī)自動(dòng)化配置及功能外，還具備顯示多機(jī)組運(yùn)行情況，根據(jù)回水溫度電腦自動(dòng)判斷空調(diào)系統(tǒng)是部分機(jī)組運(yùn)行還是全部機(jī)組運(yùn)行。機(jī)組根據(jù)負(fù)荷側(cè)回水溫度進(jìn)行邏輯計(jì)算，控制機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)及啟停機(jī)，每臺(tái)機(jī)組采用無級(jí)能量調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的高效節(jié)能運(yùn)行。機(jī)組還具備控制多臺(tái)壓縮機(jī)的均衡運(yùn)行功能，能控制調(diào)整每臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，確保壓縮機(jī)的長(zhǎng)期高效運(yùn)行。
水源冷熱水機(jī)組壓縮機(jī)的下面設(shè)置彈簧減振器，減振效率在85%以上，即振動(dòng)傳遞率小于0.15，降低了機(jī)組的振動(dòng)及系統(tǒng)的振動(dòng)，從而降低了機(jī)組的運(yùn)行噪聲?？照{(diào)水泵、機(jī)組進(jìn)出口均采用橡膠接頭軟性連接，冷水機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)水管均采用減振支吊架，避免因機(jī)組、水泵及管徑系統(tǒng)的振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。
5．設(shè)計(jì)總結(jié)
香榭里花園水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)于2002年11月竣工投入使用，經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試和一個(gè)完整的空調(diào)制冷供暖季運(yùn)行檢驗(yàn)，空調(diào)使用效果良好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。對(duì)今年6、7月份中央空調(diào)用電的運(yùn)行記錄進(jìn)行分析，可以看到6月份日均用電量為4970Kw，按小區(qū)建筑面積40856m2計(jì)算，每平方米建筑面積空調(diào)耗電0.122Kw/d，電費(fèi)支出0.064元/d；7月份因連續(xù)高溫日均用電量略有上升，達(dá)到6342Kw，每平方米建筑面積空調(diào)耗電0.155Kw/d，電費(fèi)支出0.082元/d。以戶均面積200m2計(jì)，一戶日均空調(diào)電費(fèi)支出為12.8元，月支出為384元，相當(dāng)于一臺(tái)2匹空調(diào)的費(fèi)用支出，可以看出其運(yùn)行費(fèi)用是很低的，既低于常規(guī)冷水機(jī)組中央空調(diào)系統(tǒng)，更低于戶式中央空調(diào)系統(tǒng)。進(jìn)一步的分析可以看到，水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用之所以如此低廉，除水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)較常規(guī)冷水機(jī)組中央空調(diào)系統(tǒng)能源利用效率高，中央空調(diào)系統(tǒng)在大面積居住小區(qū)中使用較戶式中央空調(diào)具有更大的負(fù)荷調(diào)節(jié)性和節(jié)能性，居住小區(qū)面積越大其用戶空調(diào)的同時(shí)使用率就越低，其負(fù)荷的參差性就越大，中央空調(diào)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間就越短，其優(yōu)越性和節(jié)能性就越顯著。按以上6、7月份的運(yùn)行數(shù)據(jù)折算，6月份的中央空調(diào)系統(tǒng)每天滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為5.24小時(shí)，7月份的每天滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間也僅為6.68小時(shí)，遠(yuǎn)低于戶式中央空調(diào)系統(tǒng)和分體式空調(diào)器的滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間。
香榭里花園中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)機(jī)盤管采用了電動(dòng)二通閥的變流量系統(tǒng)，熱泵機(jī)組主機(jī)供回水總管上設(shè)壓差旁通控制。因住宅小區(qū)空調(diào)同時(shí)使用率較低，其節(jié)能效果應(yīng)是非常顯著的，遺憾的是其主在后期因?yàn)榭刂普麄€(gè)投資成本，而砍掉了電動(dòng)二通閥的節(jié)能控制系統(tǒng)，否則此中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果應(yīng)更優(yōu)于現(xiàn)在的實(shí)際運(yùn)行情況。另外，從實(shí)際運(yùn)行情況來看，空調(diào)水泵的能耗占到系統(tǒng)總能耗的32%以上，因?yàn)樽≌耐瑫r(shí)使用率較低，空調(diào)負(fù)荷的變動(dòng)性較大，通過空調(diào)水泵的聯(lián)控和變頻改造以適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷的變化，降低空調(diào)水泵的運(yùn)行費(fèi)用，其節(jié)能效果也將是較為可觀的。
由此可見，在住宅小區(qū)中采用水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)在有可長(zhǎng)期利用的地下水源的條件下是確實(shí)值得大力推廣的，其節(jié)能環(huán)保效益是顯而易見的，在解決了投融資及物業(yè)管理的問題后，其給住戶帶來的舒適的中央空調(diào)系統(tǒng)和合理的運(yùn)行費(fèi)用及給開發(fā)商帶來的良好經(jīng)濟(jì)效益和超卓的樓盤形象，都將會(huì)是不言而喻的。
參考文獻(xiàn)
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2．陳焰華等，住宅建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2002，2
科研項(xiàng)目作為免稅項(xiàng)目增值稅進(jìn)項(xiàng)稅月末需轉(zhuǎn)出，如不區(qū)分科研項(xiàng)目支出還是經(jīng)營(yíng)支出，則會(huì)產(chǎn)生很大的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。例1：一家科研院所，2010年5月購(gòu)進(jìn)了一批材料10萬元，進(jìn)項(xiàng)稅額1.7萬元，其中：某科研項(xiàng)目領(lǐng)用4萬元材料，經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目領(lǐng)用6萬元。當(dāng)月將材料進(jìn)項(xiàng)稅額1.7萬元進(jìn)行了抵扣。月末未做進(jìn)項(xiàng)稅轉(zhuǎn)出。2011年1月當(dāng)?shù)氐亩悇?wù)機(jī)關(guān)在核查時(shí)，發(fā)現(xiàn)了某科研項(xiàng)目領(lǐng)用4萬元材料，應(yīng)進(jìn)項(xiàng)稅轉(zhuǎn)出0.68萬元，做出如下懲罰決定：該科研院所補(bǔ)交0.68萬元的增值稅，并處以0.34萬元的罰款和相應(yīng)的滯納金。根據(jù)《中華人民共和國(guó)增值稅暫行條例》第十條規(guī)定：免征增值稅項(xiàng)目的進(jìn)項(xiàng)稅額不得從銷項(xiàng)稅額中抵扣，因此在實(shí)際操作別要注意區(qū)分免稅項(xiàng)目和應(yīng)稅項(xiàng)目。在例1中，某科研項(xiàng)目領(lǐng)用的4萬元材料涉及的進(jìn)項(xiàng)稅額不應(yīng)該抵扣，在月末應(yīng)做進(jìn)項(xiàng)稅轉(zhuǎn)出0.68萬元（4×0.17）。如果未做轉(zhuǎn)出，稅務(wù)機(jī)關(guān)可按已抵扣而未轉(zhuǎn)出進(jìn)項(xiàng)稅額最低百分之五十進(jìn)行罰款，并按稅款額每天萬分之五加收滯納金。
科研院所每年的水電費(fèi)是一筆很大的支出，由于對(duì)每個(gè)項(xiàng)目不會(huì)單獨(dú)計(jì)量用電用水量，通常會(huì)將水電費(fèi)等費(fèi)用按項(xiàng)目工時(shí)或直接材料等的比例分?jǐn)傔M(jìn)入各個(gè)項(xiàng)目，也包含免稅科研項(xiàng)目和繳納營(yíng)業(yè)稅的非應(yīng)稅項(xiàng)目，在分?jǐn)偹娰M(fèi)的同時(shí)，應(yīng)將免稅的科研項(xiàng)目和非應(yīng)稅項(xiàng)目分?jǐn)偟乃娰M(fèi)對(duì)應(yīng)的進(jìn)項(xiàng)稅額轉(zhuǎn)出，單從核算上看都沒問題，但稅務(wù)檢查時(shí)常常出現(xiàn)爭(zhēng)議，存在一定的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)繳稅款和罰款情況。
在進(jìn)行固定資產(chǎn)進(jìn)項(xiàng)稅額抵扣時(shí)，用于集體福利的固定資產(chǎn)不得抵扣；以建筑物或者構(gòu)筑物為載體的附屬設(shè)備和配套設(shè)施，無論在會(huì)計(jì)處理上是否單獨(dú)記賬與核算，均應(yīng)作為建筑物或者構(gòu)筑物的組成部分，其進(jìn)項(xiàng)稅額不得在銷項(xiàng)稅額中抵扣。附屬設(shè)備和配套設(shè)施包括給排水、采暖、衛(wèi)生、通風(fēng)、照明、通訊、煤氣、消防、中央空調(diào)、電梯、電氣、智能化樓宇設(shè)備和配套設(shè)施。近年來，國(guó)家對(duì)科研院所的固定資產(chǎn)投資較多，科研院所在組織實(shí)施這些投資項(xiàng)目時(shí)，要注意這些問題，避免出現(xiàn)多抵扣少納稅的現(xiàn)象。
科研院所一般研發(fā)能力強(qiáng)，技術(shù)力量雄厚，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)備自己研發(fā)、自己制造、自己使用的現(xiàn)象。對(duì)于自制設(shè)備財(cái)務(wù)處理通常是按項(xiàng)目在科研成本中歸集核算，待設(shè)備完成驗(yàn)收后，按照科研事業(yè)單位的會(huì)計(jì)制度，減少該設(shè)備科研成本發(fā)生金額和修購(gòu)基金科目金額，同時(shí)按自制設(shè)備的成本增加固定資產(chǎn)和固定基金，在納稅申報(bào)時(shí)，未作視同銷售處理。
新形勢(shì)下科研院所承擔(dān)了大量市場(chǎng)化研究和生產(chǎn)任務(wù)，由于科研院所產(chǎn)品具有研究創(chuàng)新的特點(diǎn)，項(xiàng)目研制周期往往比較長(zhǎng)，產(chǎn)品交付驗(yàn)收后，在合同款沒有全部到位的情況下，為控制經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，存在大量預(yù)收賬款掛賬現(xiàn)象，不按稅法規(guī)定及時(shí)確認(rèn)營(yíng)業(yè)收入，不能按規(guī)定時(shí)點(diǎn)申報(bào)納稅，存在巨大的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于上述存在而常常忽視的增值稅稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)科研院所的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，對(duì)免稅項(xiàng)目進(jìn)項(xiàng)稅轉(zhuǎn)出的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的管理，科研院所需要從科研項(xiàng)目源頭上開始重視。隨著國(guó)家科研體制發(fā)生變化，科研項(xiàng)目除政府撥款外需科研單位自籌部分資金完成，所以上報(bào)科研項(xiàng)目預(yù)算時(shí)要進(jìn)行稅務(wù)策劃，盡量將涉及進(jìn)項(xiàng)稅轉(zhuǎn)出購(gòu)進(jìn)貨物等在自籌資金中開支，不涉及進(jìn)項(xiàng)稅轉(zhuǎn)出的費(fèi)用在科研撥款中開支。在下達(dá)科研項(xiàng)目任務(wù)計(jì)劃時(shí)，分為國(guó)撥和自籌項(xiàng)目分別下達(dá)并分別核算，每月按在國(guó)撥經(jīng)費(fèi)中購(gòu)進(jìn)貨物支出金額為依據(jù)，計(jì)算當(dāng)月進(jìn)項(xiàng)稅轉(zhuǎn)出金額。對(duì)免稅和非應(yīng)稅項(xiàng)目中的水電費(fèi)開支進(jìn)項(xiàng)稅額轉(zhuǎn)出，依據(jù)我國(guó)《增值稅暫行條例實(shí)施細(xì)則》第二十六條規(guī)定：一般納稅人兼營(yíng)免稅項(xiàng)目或者非增值稅應(yīng)稅勞務(wù)而無法劃分不得抵扣的進(jìn)項(xiàng)稅額的，按下列公式計(jì)算：不得抵扣的進(jìn)項(xiàng)稅額＝當(dāng)月無法劃分的全部進(jìn)項(xiàng)稅額×當(dāng)月免稅項(xiàng)目銷售額（非增值稅應(yīng)稅勞務(wù)營(yíng)業(yè)額合計(jì)）÷當(dāng)月全部銷售額（營(yíng)業(yè)額合計(jì)）根據(jù)此公式計(jì)算進(jìn)項(xiàng)稅額轉(zhuǎn)出金額，按月及時(shí)進(jìn)行進(jìn)項(xiàng)稅額的轉(zhuǎn)出。對(duì)自制設(shè)備的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)控制，科研院所在自制設(shè)備完成驗(yàn)收后，要及時(shí)結(jié)轉(zhuǎn)固定資產(chǎn)，同時(shí)要作為視同銷售處理，特別要做好自制設(shè)備價(jià)格認(rèn)定，自制設(shè)備計(jì)稅價(jià)格最好征得稅務(wù)機(jī)關(guān)的意見，稅務(wù)機(jī)關(guān)同意后，按同類設(shè)備的價(jià)格來計(jì)算增值稅，及時(shí)繳稅。對(duì)預(yù)收賬款的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)要積極進(jìn)行防范，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)應(yīng)稅行為的時(shí)間規(guī)定，按照合同進(jìn)展情況，履行納稅義務(wù)，將預(yù)收賬款及時(shí)確認(rèn)為營(yíng)業(yè)收入，并在納稅申報(bào)時(shí)進(jìn)行專項(xiàng)說明，待合同款全部到位的情況下，開具發(fā)票，避免重復(fù)納稅。
個(gè)人所得稅稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)及防范
科研院所作為個(gè)人所得稅的代扣代繳義務(wù)人，要及時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算個(gè)人所得稅，并按時(shí)繳納。但是在實(shí)際操作中，總有紕漏，主要有：科研院所由于工作需要和受工資總額的限制，往往需要雇用季節(jié)工、臨時(shí)工、實(shí)習(xí)生、返聘退休的技術(shù)人員，或接受外部勞務(wù)派遣用工。如何界定上述支出的性質(zhì)，是勞務(wù)費(fèi)還是工資？在扣繳個(gè)人所得稅時(shí)季節(jié)工、臨時(shí)工等的支出，科研院所往往按工資稅目扣稅，存在個(gè)人所得稅的代扣核算不準(zhǔn)確的問題。評(píng)審費(fèi)在科研單位是普遍現(xiàn)象，為了鼓勵(lì)專家，在科研項(xiàng)目評(píng)審中給專家發(fā)放評(píng)審費(fèi)，經(jīng)常是擬制發(fā)放表，由領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，專家簽領(lǐng)。項(xiàng)目評(píng)審費(fèi)不按要求代扣個(gè)人所得稅。對(duì)于上述存在的個(gè)人所得稅的問題和風(fēng)險(xiǎn)，防范措施主要是科研院所要認(rèn)真研究個(gè)人所得稅條款，準(zhǔn)確界定費(fèi)用性質(zhì)和套用稅目。對(duì)于內(nèi)部職工發(fā)放評(píng)審費(fèi)應(yīng)納入工資范疇一并計(jì)算當(dāng)月個(gè)人所得稅；對(duì)于聘請(qǐng)的外單位專家，評(píng)審費(fèi)應(yīng)作為一次性勞務(wù)報(bào)酬計(jì)算個(gè)人所得稅，這樣就從源頭上消除了稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。
企業(yè)所得稅稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)及防范
科研院所企業(yè)所得稅匯算清繳除了企業(yè)經(jīng)常遇到的問題和稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)外，還有科研院所特殊業(yè)務(wù)引起或忽視的問題帶來的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。
（一）稅收優(yōu)惠的事前審批與事后備案
在企業(yè)所得稅匯算清繳過程中，科研院所要享受的減免稅優(yōu)惠，需要在規(guī)定的期限內(nèi)報(bào)備，有些事項(xiàng)需事前審批，有些事項(xiàng)需事后備案，稅務(wù)機(jī)關(guān)審批備案認(rèn)可后方可享受稅收優(yōu)惠。由于歷史的原因，科研院所往往以上級(jí)機(jī)關(guān)的批準(zhǔn)文件為依據(jù)，而忽視事前審批與事后備案工作，會(huì)帶來很大的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。因此在年度所得稅匯算清繳過程中，享受稅收優(yōu)惠需根據(jù)有關(guān)規(guī)定在要求的時(shí)間內(nèi)到稅務(wù)機(jī)關(guān)進(jìn)行事前審批與事后備案工作。特別是在研究開發(fā)費(fèi)用加計(jì)扣除備案中，要按照稅務(wù)機(jī)關(guān)規(guī)定的程序，及時(shí)報(bào)送新技術(shù)新產(chǎn)品新工藝的開發(fā)費(fèi)預(yù)算、開發(fā)人員編制和名單、費(fèi)用歸集表、項(xiàng)目立項(xiàng)決議文件、項(xiàng)目研究成果報(bào)告等。特別要注意在研究開發(fā)費(fèi)用中列支的差旅費(fèi)、辦公費(fèi)等是不允許加計(jì)扣除的。
（二）不征稅收入
根據(jù)財(cái)稅［2011］70號(hào)文件規(guī)定，只要符合文件規(guī)定的三個(gè)條件，科研院所獲得專項(xiàng)財(cái)政資金可作為不征稅收入。但同時(shí)規(guī)定，上述不征稅收入用于支出所形成的費(fèi)用，不得在計(jì)算應(yīng)納稅所得額時(shí)扣除，用于支出所形成的資產(chǎn)，其計(jì)算的折舊、攤銷不得在計(jì)算應(yīng)納稅所得額時(shí)扣除?？蒲性核鲆暣藯l規(guī)定，造成不必要的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。
（三）應(yīng)稅收入彌補(bǔ)免稅項(xiàng)目的虧損
科研院所用應(yīng)稅收入抵補(bǔ)免稅項(xiàng)目虧損，虧損只能用減免稅項(xiàng)目所得來彌補(bǔ)。在計(jì)算應(yīng)納稅所得額時(shí)，合并計(jì)算應(yīng)稅所得和免稅項(xiàng)目虧損，存在少繳企業(yè)所得稅的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)國(guó)稅函［2010］148號(hào)規(guī)定，科研院所要分別核算應(yīng)稅所得和免稅項(xiàng)目，對(duì)取得的免稅收入、減計(jì)收入以及減征、免征所得額的項(xiàng)目不得彌補(bǔ)當(dāng)期以及以前年度應(yīng)稅項(xiàng)目虧損。
（四）所得稅匯算期前后取得有效憑證
科研院所在科研生產(chǎn)過程中，因債務(wù)糾紛，資金情況、質(zhì)量問題等原因，難免會(huì)發(fā)生無法取得合法、有效的入賬憑證，在實(shí)際執(zhí)行中會(huì)遇到既未在成本費(fèi)用發(fā)生年度取得，也未在匯算清繳時(shí)補(bǔ)充，但在以后年度取得該成本費(fèi)用的有效憑證，不論業(yè)務(wù)發(fā)生多長(zhǎng)時(shí)間，均在取得年度扣除。根據(jù)國(guó)家稅務(wù)總局2012年第15號(hào)公告的相關(guān)規(guī)定，多繳的企業(yè)所得稅稅款可向以后年度遞延抵扣或申請(qǐng)退稅，但不能超過五年，五年后取得入賬憑證在取得年度不能扣除。
其他稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)及防范
（一）會(huì)計(jì)賬務(wù)處理產(chǎn)生的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)
固定資產(chǎn)的盤盈和處置收入作為修購(gòu)基金的增加，房租收入在事業(yè)單位會(huì)計(jì)中作為住房基金的增項(xiàng)處理，而稅法會(huì)作為應(yīng)稅收入。對(duì)于這些會(huì)計(jì)處理與稅法的不同，在所得稅匯算清繳時(shí)應(yīng)進(jìn)行收入的納稅調(diào)增，否則會(huì)帶來少納所得稅的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。
（二）轉(zhuǎn)撥經(jīng)費(fèi)產(chǎn)生的稅務(wù)風(fēng)險(xiǎn)
1.1生態(tài)遺留地保護(hù)原則
濱水區(qū)通常是城市的命脈，對(duì)整個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境具有重要作用，所以在設(shè)計(jì)中要保護(hù)濱水區(qū)的自然格局，并且保護(hù)水體不受污染，延續(xù)其防洪功能。
1.2人性化設(shè)計(jì)原則
首先要注重人文方面的設(shè)計(jì)，其次要合理規(guī)劃濱水空間的交通問題，最后要滿足人們親水的愿望，親水空間要給人舒適、愉快的感覺，兼顧美觀與實(shí)用。
1.3植物多樣性原則
在濱水植被設(shè)計(jì)方面，應(yīng)增加植物多樣性，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，模擬自然江河岸線，以綠為主體，創(chuàng)造自然生趣。
2國(guó)內(nèi)外濱水空間的成功案例
2.1查而斯頓水濱公園
查而斯頓水濱公園是美國(guó)南卡洛萊納州查而斯頓半島最后一塊進(jìn)行規(guī)劃和開發(fā)的濱水地帶。整個(gè)公園的規(guī)劃設(shè)計(jì)是為人們創(chuàng)造一個(gè)接近水面，集觀景、作息、漫步、垂釣等多種功能為一體的濱水開放空間。
2.2日本東京LaLaportToyosu碼頭休閑區(qū)環(huán)境景觀設(shè)計(jì)項(xiàng)目
在填海的場(chǎng)地上，建立綠色、水和地球3個(gè)漸進(jìn)式的景觀主題，并設(shè)置咖啡廳、電臺(tái)等布置于場(chǎng)地中，場(chǎng)地中白色泡沫狀、珊瑚狀的長(zhǎng)凳則散置在模擬海浪起伏的場(chǎng)地當(dāng)中。游客在場(chǎng)地中可以感受航海旅行的感覺，自由通行，且能發(fā)現(xiàn)不同以往的驚喜。
2.3沈陽(yáng)市新開河帶狀公園
沈陽(yáng)市新開河帶狀公園，包含12個(gè)游園綠地，同時(shí)進(jìn)行了服務(wù)設(shè)施規(guī)劃、紀(jì)念廣場(chǎng)、文化設(shè)施等規(guī)劃，以全線中心地段的聯(lián)合路橋?yàn)榻绶譃樯嫌蔚囟魏拖掠蔚囟?，建?3條綠帶，豐富了沈陽(yáng)市的園林綠化景觀，同時(shí)為市民提供了休閑游憩的好去處。
3城市濱水空間園林景觀設(shè)計(jì)的新思路
3.1打造立體親水空間
在保證濱水景觀安全性的基礎(chǔ)上，應(yīng)逐步拉近人與水體的距離，實(shí)現(xiàn)人與水資源的親密接觸。親水性設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在河堤沿岸或濕地周圍的立面處理上，利用景觀節(jié)點(diǎn)打造復(fù)合岸線結(jié)構(gòu)，滿足人們的親水需求。以往的設(shè)計(jì)師注重平面構(gòu)成原則，但對(duì)于人的視覺來講，垂直面上的變化遠(yuǎn)比平面上的變化更能引起關(guān)注與興趣。濱水景觀設(shè)計(jì)中立體設(shè)計(jì)包括軟質(zhì)景觀設(shè)計(jì)和硬質(zhì)景觀設(shè)計(jì)。軟質(zhì)景觀如在種植灌木、喬木等植物時(shí)，先堆土成坡形成一定的地形變化，再按植物特性種類分高低立體種植；硬質(zhì)景觀則運(yùn)用上下層平臺(tái)、道路等手法進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換和空間高差創(chuàng)造。
3.2植物元素的多層次選擇
濱水空間植物造景可將水邊植物、駁岸植物、水面植物等進(jìn)行多層次組合。水邊植物的作用在于豐富岸邊景觀視線、增加水面層次、突出自然野趣。在北方，常植垂柳于水邊，或配以碧桃、櫻花等韻味無窮。南方水邊植物種類更豐富，如水杉、水蒲桃、榕樹類、羊蹄甲類、木麻黃、落羽杉、烏桕、椰子等。在駁岸植物選擇上，除了通過迎春、連翹等柔長(zhǎng)纖細(xì)的枝條來柔化巖石混凝土磚的生硬線條之外，還能在岸邊栽植一些花灌木、地被、宿根花卉等。水面植物的栽植不宜過密，要與水面的功能分區(qū)結(jié)合，預(yù)留出游人的觀賞視線。
3.3與景觀照明、雕塑小品等現(xiàn)代元素相結(jié)合
在濱水景觀設(shè)計(jì)中植入景觀照明系統(tǒng)，可一定程度上延長(zhǎng)濱水景觀的觀賞時(shí)間。除了考慮水體自然流動(dòng)造成的聲音效果，更多時(shí)候，設(shè)計(jì)師們傾向于塑造一種隨環(huán)境改變的智能聲音控制體系，再配合河堤沿岸、水面的景觀照明，使得整個(gè)濱水景觀尤其是在夜晚呈現(xiàn)出一種立體動(dòng)態(tài)的綜合性藝術(shù)效果。景觀小品是濱水景觀的重要組成部分，在其設(shè)計(jì)中注重地域文化的植入，可以直觀地反映出城市的歷史文化風(fēng)貌和形象特征，呈現(xiàn)原生態(tài)的生活面貌，折射出濱水城市的歷史文化底蘊(yùn)。
4天然環(huán)保建筑材料的應(yīng)用
由于我國(guó)獨(dú)特的自然地理?xiàng)l件和復(fù)雜的水文水資源特點(diǎn)，決定了我國(guó)的水資源問題比較復(fù)雜，雖然各流域經(jīng)過四、五十年大規(guī)模的水利工程建設(shè)，取得了巨大成就，但水資源短缺和污染問題，不僅沒有得到根本性的解決，還有日益嚴(yán)峻的趨勢(shì)。為了更有效地解決或緩解所面臨的“水少、水臟”問題，需要深入地分析現(xiàn)狀下墊面條件下的流域水循環(huán)規(guī)律和地表水與地下水之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，通過研究流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法，開發(fā)和建設(shè)流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)，以充分利用和挖掘現(xiàn)有水利工程的內(nèi)部潛力與整體綜合優(yōu)勢(shì)，確保流域水資源的合理開發(fā)和高效利用，有力地支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
2系統(tǒng)的構(gòu)成與技術(shù)關(guān)鍵
研制流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要目的是，以水利信息化促進(jìn)水利現(xiàn)代化，以水利現(xiàn)代化保障水資源的可持續(xù)利用，并以水資源的可持續(xù)利用來支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。該系統(tǒng)是以水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為手段，以水資源優(yōu)化調(diào)度和地表水、地下水、污水處理回用、海水（微咸水）及外調(diào)水的聯(lián)合高效利用為核心，追求節(jié)水、防污、提高水資源利用效率和最終實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用為目標(biāo)，通過水資源信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸、模型分析，及時(shí)提供水資源決策方案，并快速給出方案實(shí)施情況的后評(píng)估結(jié)果等，以確保實(shí)現(xiàn)水資源的統(tǒng)一、動(dòng)態(tài)和科學(xué)管理，做到防洪與興利、地表水與地下水、當(dāng)?shù)厮c外調(diào)水、水質(zhì)與水量、優(yōu)質(zhì)水與劣質(zhì)水之間聯(lián)合調(diào)度與管理，確保水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，以支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)是一種動(dòng)態(tài)的交互式計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，由水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)管理、實(shí)時(shí)調(diào)度、決策會(huì)商、控制和后評(píng)估子系統(tǒng)所組成，是基于可持續(xù)發(fā)展的思想，根據(jù)現(xiàn)代水文水資源科學(xué)的有關(guān)理論，利用當(dāng)代先進(jìn)的系統(tǒng)分析、人工智能、計(jì)算機(jī)、多媒體及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過有關(guān)專業(yè)模型計(jì)算、分析和知識(shí)推理、判斷等，為決策者提供流域水資源實(shí)時(shí)管理、調(diào)度方案，并允許決策者或?qū)＜腋鶕?jù)自己的智慧、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、偏好和決策風(fēng)格等進(jìn)行定性分析與判斷，直接干預(yù)方案生成及評(píng)價(jià)整個(gè)決策過程。
根據(jù)流域水文水資源特點(diǎn)和供用水特征，基于目前流域所面臨的水資源短缺和水環(huán)境惡化問題，研究和開發(fā)流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵主要包括：
（1）水資源監(jiān)測(cè)網(wǎng)的調(diào)整和完善，河流納污能力及其環(huán)境容量，水庫(kù)或水庫(kù)群運(yùn)行規(guī)則、技術(shù)參數(shù)的校核與調(diào)整，洪水資源調(diào)控、污水處理回用與地下水人工回灌，污水總量控制與生態(tài)環(huán)境需水量，防洪與興利統(tǒng)一調(diào)度，地表水與地下水資源聯(lián)合運(yùn)用管理等研究，以及水資源實(shí)時(shí)調(diào)度管理方案付諸實(shí)施后效益與風(fēng)險(xiǎn)分析、系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化等。
（2）該系統(tǒng)由龐大而復(fù)雜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、模型數(shù)據(jù)庫(kù)、結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)、專業(yè)模型庫(kù)和知識(shí)庫(kù)等組成。其特點(diǎn)是系統(tǒng)規(guī)模龐大、處理的數(shù)據(jù)信息量大，模型運(yùn)算復(fù)雜以及數(shù)據(jù)傳輸接口多，如何實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)、加工、傳輸?shù)膶I(yè)化管理，是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。流域的水價(jià)政策及水權(quán)分配問題，也是影響流域水資源合理開發(fā)和高效利用以及實(shí)時(shí)、統(tǒng)一管理的關(guān)鍵。
（3）如何建立和完善與現(xiàn)代水資源管理要求相適應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)和高效、精干的執(zhí)法隊(duì)伍，以及如何制定科學(xué)的流域水資源管理規(guī)章制度、有關(guān)政策和法規(guī)條例等，以保障流域水資源實(shí)時(shí)管理、調(diào)度方案的付諸實(shí)施，指導(dǎo)流域水資源開發(fā)利用和保護(hù)。
3系統(tǒng)的主要功能
流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要功能包括：水資源（及水質(zhì)）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、預(yù)報(bào)和決策支持（實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、管理及調(diào)度）以及控制、后評(píng)估等（如圖1）。
圖1流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能框圖
3.1水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括水情、水質(zhì)、旱情以及其他信息等。在現(xiàn)有監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立和完善統(tǒng)一的水資源（包括大氣降水、地表水、土壤水與地下水）動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（站點(diǎn)）網(wǎng)或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括雨量、蒸發(fā)、徑流、水位、水質(zhì)、水溫、墑情等監(jiān)測(cè)站點(diǎn)），以及各取水口取水量、開采機(jī)井抽水量等監(jiān)測(cè)網(wǎng)，各監(jiān)測(cè)網(wǎng)或系統(tǒng)之間互通有無、資料共享，為水資源的合理開發(fā)、高效利用和有效保護(hù)及時(shí)快速、準(zhǔn)確地提供完備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料。
（1）雨量觀測(cè)。目前采用的雨量觀測(cè)手段主要是普通自記和人工觀測(cè)，為了達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，需要適時(shí)更新現(xiàn)有的觀測(cè)設(shè)備，裝配翻斗式雨量計(jì)并配備固態(tài)存儲(chǔ)器等，使雨量觀測(cè)工作方式更新為無人值守，有人看護(hù)的觀測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)雨量信息的自動(dòng)采集及傳遞。
（2）水位觀測(cè)。水位觀測(cè)分為地表水和地下水兩種，地表水多指河流水位和水庫(kù)水位等，而地下水就單指地下水位。
①對(duì)于基本水尺在橋梁上（或附近有公路橋）的水位觀測(cè)，特別是含沙量較大的站，建議采用氣介質(zhì)超聲波水位計(jì)，再采用有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉俊?/p>
②對(duì)于山區(qū)性河流，或斷面穩(wěn)定，含沙量較小的水位觀測(cè)，采用測(cè)井式水位觀測(cè)，裝配浮子式或壓力式水位計(jì)，通過有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉俊?/p>
③水庫(kù)站一般有自記井，只對(duì)其重新裝配浮子式或壓力式水位計(jì)，通過有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉?/p>
④地下水位監(jiān)測(cè)目前主要分為手工測(cè)繩和自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀兩種。自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀主要通過固態(tài)存儲(chǔ)、電話網(wǎng)傳輸、手機(jī)網(wǎng)傳輸和電臺(tái)傳輸?shù)确绞綄?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼尽?/p>
總之，水位監(jiān)測(cè)，建議均裝配與雨量結(jié)合的水位雨量固態(tài)存儲(chǔ)器，裝配具有記錄、傳輸、存儲(chǔ)、分析等功能的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)水位遙測(cè)自記，自動(dòng)測(cè)報(bào)等功能。
（3）流量測(cè)驗(yàn)：在各中心站配備不同形式的橋測(cè)車及先進(jìn)的儀器設(shè)備，開展橋測(cè)及周圍地區(qū)的巡測(cè)；纜道及船測(cè)站，對(duì)現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備進(jìn)行更新改造，實(shí)現(xiàn)水文纜道程控自動(dòng)化，配備機(jī)船，配備先進(jìn)的測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備，全面提高流量測(cè)驗(yàn)的精度，充分滿足防汛、抗旱和水資源統(tǒng)一調(diào)配的需要。對(duì)水庫(kù)站現(xiàn)有的水文纜道進(jìn)行維修、改造，實(shí)現(xiàn)水文纜道的程控自動(dòng)化，保證流量測(cè)驗(yàn)的精度要求。
（4）取水口及灌區(qū)流量觀測(cè)：對(duì)水庫(kù)各取水口分明渠和管道兩種，水位主要采用超聲波自記水位計(jì)，流量測(cè)驗(yàn)分不同情況，選擇適用的測(cè)流設(shè)備。而灌區(qū)的水位觀測(cè)主要采用超聲波自記水位計(jì)等，流量采取不定期電波流速儀率定方式，用水位～流量關(guān)系線推求徑流量。
（5）機(jī)井開采量實(shí)時(shí)觀測(cè)：地下水開采機(jī)井抽水量的觀測(cè)，目前一般只有一些機(jī)井安裝了水表，大部分機(jī)井均未安裝水表。為了能準(zhǔn)確取得地下水實(shí)際開采量的數(shù)據(jù)，掌握準(zhǔn)確的地下水開采量，需要逐步或有重點(diǎn)地在地下水開采機(jī)井上安裝水表。
（6）水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：水質(zhì)污染具有理化成分復(fù)雜、多樣和點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，不僅受污染源的大小和數(shù)量影響，而且還受汛期洪水、降雨的影響。由于多種因素導(dǎo)致的綜合結(jié)果，水質(zhì)參數(shù)在成分和時(shí)空上的變化非常復(fù)雜。傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場(chǎng)水樣采集、化驗(yàn)方式周期太長(zhǎng)，難以及時(shí)、準(zhǔn)確地反映水質(zhì)變化的性質(zhì)和過程，所以水資源的開發(fā)利用和保護(hù)等工作得不到有效監(jiān)控與科學(xué)的管理。水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就是采用水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器、遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備、在線監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)參數(shù)的連續(xù)采集、分析、存儲(chǔ)，并在監(jiān)測(cè)指標(biāo)超過污染標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，發(fā)出警報(bào)，做出污染類型分析等。
（7）墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：主要針對(duì)大中型灌區(qū)的土壤墑情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為適時(shí)、適量的節(jié)水高效灌溉提供信息支持。并在條件許可的情況下，探討利用遙感技術(shù)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)土壤墑情（中小尺度上）的可能性，即利用實(shí)時(shí)遙感信息，根據(jù)大中型灌區(qū)土壤墑情的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過與遙感解譯模型進(jìn)行聯(lián)接和耦合計(jì)算，實(shí)時(shí)提供整個(gè)流域不同灌區(qū)的土壤墑情，為流域節(jié)水高效農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展提供可靠的依據(jù)。
3.2水資源實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)
水資源實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)主要是指在時(shí)段初對(duì)上一時(shí)段的水資源數(shù)量、質(zhì)量及其時(shí)空分布特征，以及水資源開發(fā)利用狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和評(píng)價(jià)，確定水資源及其開發(fā)利用形勢(shì)和存在的問題等。
（1）水資源數(shù)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)：根據(jù)雨量、河川徑流、地下水位等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料等，通過與歷史同期的對(duì)比分析，確定和評(píng)價(jià)水資源數(shù)量及豐枯形勢(shì)等。
（2）水資源質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)：根據(jù)實(shí)測(cè)的河流、水庫(kù)、引水渠的水質(zhì)實(shí)時(shí)觀測(cè)和地下水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料等，通過與歷史同期的對(duì)比分析，確定地表水和地下水的水質(zhì)狀況及污染態(tài)勢(shì)。其主要評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：污染程度、范圍及主要污染物，水資源質(zhì)量，重要河流污染負(fù)荷及削減量等。
（3）水資源開發(fā)利用實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)：通過對(duì)各取水口取水量、開采機(jī)井抽水量和地下水位等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料，對(duì)供用水量進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，通過與歷史同期的對(duì)比分析，實(shí)時(shí)分析和評(píng)價(jià)各種水利工程的供水量、不同行業(yè)的實(shí)際用水量，供用水結(jié)構(gòu)、節(jié)水水平，水資源開發(fā)利用程度以及當(dāng)?shù)厮Y源進(jìn)一步開發(fā)潛力，并實(shí)時(shí)圈定地下水的開采潛力區(qū)、采補(bǔ)平衡區(qū)和超采區(qū)等。
3.3水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)
水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)主要包括來水預(yù)報(bào)和需水預(yù)報(bào)兩部分，來水預(yù)報(bào)又分為水量預(yù)報(bào)和水質(zhì)預(yù)報(bào)。水量預(yù)報(bào)包括地表水資源量預(yù)報(bào)和地下水資源量預(yù)報(bào)，地表水資源量預(yù)報(bào)既可細(xì)分為當(dāng)?shù)厮屯鈦硭òㄒ{(diào)水）預(yù)報(bào)，又可分為汛期徑流預(yù)報(bào)和枯季（非汛期）徑流預(yù)報(bào)。需水預(yù)報(bào)分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境需水量預(yù)報(bào)。
（1）河川徑流量實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。根據(jù)河川徑流的形成機(jī)理和產(chǎn)流規(guī)律，將河川徑流量實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)分為汛期徑流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)和枯季徑流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)兩種。汛期產(chǎn)匯流機(jī)制主要是超滲產(chǎn)流和蓄滿產(chǎn)流、超滲與蓄滿綜合產(chǎn)流模式：而枯季徑流主要是遵循流域的退水規(guī)律。因此，汛期徑流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模型與枯季徑流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模型是不同的，需要分別建立預(yù)報(bào)模型對(duì)汛期徑流量和枯季徑流量進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。
（2）地下水資源量實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。首先分析地下水的形成規(guī)律和補(bǔ)給、徑流、排泄條件，以及地下水的賦存規(guī)律；然后根據(jù)抽水試驗(yàn)等確定含水層的參數(shù)分區(qū)，并利用試驗(yàn)資料和長(zhǎng)觀資料確定有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)；最后利用均衡法或數(shù)學(xué)模擬模型法，分析和預(yù)報(bào)地下水資源量、可開采量及地下水動(dòng)態(tài)分布。
（3）水質(zhì)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。利用獲得的實(shí)時(shí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)和污染物排放量等信息，通過所建立的水質(zhì)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模型，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)地下水與地表水水質(zhì)狀況、污染物類型、污染范圍及污染程度，及時(shí)提供水資源污染態(tài)勢(shì)等信息。
（4）需水量實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。根據(jù)需水量預(yù)報(bào)要求，本次將需水門類分為生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等四個(gè)一級(jí)類，每個(gè)一級(jí)類可以再分成若干個(gè)二級(jí)類和三級(jí)類。根據(jù)具體情況和需要，還可以再細(xì)分為四級(jí)類。根據(jù)上述分類方法，可比較容易地合并有關(guān)各需水項(xiàng)，獲得需水量過程。
3.4水資源實(shí)時(shí)決策支持
水資源實(shí)時(shí)決策包括水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、水資源實(shí)時(shí)管理和調(diào)度，以及決策會(huì)商等。
（1）水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。對(duì)于水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，尤其是汛期徑流預(yù)報(bào)和需水預(yù)報(bào)，由于受到諸多非確定性因素的影響比較大，很難準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，因此需要專家的會(huì)商支持、吸收和借鑒領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以便較準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)和確定未來的來水與需水過程等。
（2）水資源實(shí)時(shí)管理。利用水資源實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)結(jié)果等，通過水資源實(shí)時(shí)管理模型計(jì)算，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜一驔Q策者等積累的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和偏好，分水協(xié)議、水價(jià)政策的經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)作用等進(jìn)行綜合分析，最后提出水資源的實(shí)時(shí)管理方案，為水資源的合理開發(fā)利用和保護(hù)等提供決策依據(jù)，為水行政主管部門科學(xué)地行使其監(jiān)督和管理職能提供支持，以確保水資源的可持續(xù)利用。
（3）水資源實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度。通過前面制定的年度內(nèi)水資源管理方案，確定水資源優(yōu)化調(diào)度的規(guī)則和依據(jù)；根據(jù)各時(shí)段水資源的豐枯情況和污染態(tài)勢(shì)，通過建立水資源優(yōu)化調(diào)度模型，確定水資源實(shí)時(shí)調(diào)度方案。
（4）水資源決策會(huì)商。決策會(huì)商是指通過對(duì)實(shí)時(shí)、歷史和預(yù)報(bào)、管理與調(diào)度的各類信息進(jìn)行重組和加工處理，為討論和分析水資源的豐枯形勢(shì)和污染態(tài)勢(shì)，以及最終確定水資源實(shí)時(shí)管理和調(diào)度方案提供全面的支持。根據(jù)利用水資源實(shí)時(shí)管理模型和調(diào)度模型確定的若干管理、調(diào)度方案，以及提供的每一種方案的綜合效益分析結(jié)果，領(lǐng)導(dǎo)決策層和領(lǐng)域?qū)＜?，通過全面分析對(duì)比和協(xié)商、討論，如認(rèn)為其中一個(gè)方案合適則選擇之，并付諸實(shí)施。如認(rèn)為必須進(jìn)一步做新的方案，則通過水資源實(shí)時(shí)管理、調(diào)度系統(tǒng)，計(jì)算和提出新的管理、調(diào)度預(yù)案，供決策者對(duì)新老方案進(jìn)行對(duì)比和選擇。
總之，在面臨重大的水資源決策時(shí)，決策會(huì)商機(jī)制顯得非常重要，有關(guān)利益沖突的各方，可以根據(jù)所提供的各種預(yù)案，包括水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)方案、實(shí)時(shí)管理預(yù)案和實(shí)時(shí)調(diào)度預(yù)案，分析其優(yōu)劣，進(jìn)行協(xié)商，確定能為有關(guān)各方所接受的方案。
3.5遠(yuǎn)程自動(dòng)控制
控制可分為手工控制和自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制等，主要是對(duì)重要的取水口和開采機(jī)井、引水閘門等的控制。根據(jù)需要和可能，有重點(diǎn)和有選擇地建立一些遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)是必要的，也是將來的一種發(fā)展方向。
3.6監(jiān)控管理后評(píng)估
為了不斷改進(jìn)和完善系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，需要對(duì)系統(tǒng)的重點(diǎn)功能進(jìn)行后評(píng)估。主要內(nèi)容包括：針對(duì)水資源實(shí)時(shí)調(diào)度、管理方案的合理性、實(shí)施效果以及預(yù)報(bào)方案的準(zhǔn)確性、控制情況等進(jìn)行評(píng)估，重點(diǎn)分析導(dǎo)致調(diào)度、管理方案不合理和效益不好、預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確的原因等。
最后，將研制的有關(guān)部分內(nèi)容和功能模塊進(jìn)行集成，最終建立一套較完整的基于GIS的水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)，并進(jìn)行試運(yùn)行；通過系統(tǒng)的試運(yùn)行不斷進(jìn)行修改和完善，最后正式交付使用，并保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。
一公式選擇很重要
水閘閘孔總凈寬計(jì)算，是工程設(shè)計(jì)中所首要解決的問題之一。
《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001（后稱新規(guī)范）已于2001年4月1日起實(shí)施了，代替了原試行的《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SD133-84（后稱老規(guī)范）。按寬頂堰淹沒出流計(jì)算平底閘閘孔總凈寬，新規(guī)范分別給出了以堰上水頭為主要因素和以流速水頭為主要因素的兩個(gè)計(jì)算公式，即：
新規(guī)范稱：規(guī)范公式2，當(dāng)堰流處于高淹沒度（hs/H0≥0.9）時(shí)也可采用。
我市屬淮北平原地區(qū)，地勢(shì)平坦，把上下游水位落差定得很小，水深為3.0m～8.0m，過閘水流符合淹沒寬頂堰流的條件。筆者統(tǒng)計(jì)，我市已建、在建及待建中型水閘的淹沒度hs/H0都在0.93以上，均大于0.9，這就意味著新規(guī)范兩個(gè)計(jì)算公式都可采用。設(shè)計(jì)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，同樣邊界條件下，兩個(gè)公式計(jì)算閘孔總凈寬是不相同的，而且相差較大。
利用規(guī)范公式1計(jì)算閘孔總凈寬，淹沒系數(shù)σ的取值是個(gè)關(guān)鍵。規(guī)范公式1與老規(guī)范公式的表達(dá)式是相同的僅對(duì)淹沒系數(shù)σ取值進(jìn)行了調(diào)整。老規(guī)范淹沒系數(shù)σ是根據(jù)別列津斯基的試驗(yàn)成果及原安徽省水科所對(duì)某閘高淹沒堰流水工模型試驗(yàn)成果。但別列斯基的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜅l件基本上是二元的，邊界條件也與一般平底閘不同。
新規(guī)范在給出淹沒系數(shù)值的經(jīng)驗(yàn)公式的同時(shí)還給出了淹沒系數(shù)表。經(jīng)驗(yàn)公式是南京水科院最新研究成果提供的經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上，對(duì)其擬合系數(shù)稍作修改而成的[參1]。南京水科院給出的淹沒系數(shù)表中數(shù)據(jù)及擬合公式，是根據(jù)平底水閘典型實(shí)例的試驗(yàn)結(jié)果制定的，并經(jīng)原型觀測(cè)資料驗(yàn)證，有較大的實(shí)用性及可靠性[參3]。
筆者通過對(duì)奎濉河治理工程中部分新建水閘閘孔總凈寬分別用規(guī)范公式1、規(guī)范公式2，老規(guī)范公式及南京水科院公式進(jìn)行核算分析比較，結(jié)果見下表：
涵閘
名稱
設(shè)計(jì)
流量(m3/s)
上游水深(m)
下游水深(m)
落差(m)
行近流速水頭(m)
Hs/Ho
規(guī)范公式1
(m)
規(guī)范公式2
(m)
老規(guī)
范公式
(m)
南京水科院公式
(m)
馬元閘
299
5.0
4.9
0.1
0.101
0.9606
26.32
31.57
27.41
24.33
澮溝閘
787
5.1
5.0
0.1
0.201
0.9433
57.56
67.28
58.22
52.37
枯河閘
896
5.0
4.9
0.1
0.191
0.9439
67.87
79.39
68.71
62.27
結(jié)果表明：規(guī)范公式1結(jié)果比較接近稍大于南京水科院公式，小于老規(guī)范公式，規(guī)范公式2結(jié)果最大。筆者認(rèn)為采用規(guī)范公式1，對(duì)平原地區(qū)水閘較適用，經(jīng)濟(jì)安全可靠。
二落差取值要斟酌
規(guī)范公式1計(jì)算閘孔總凈寬，影響最大的是上下游的過閘水位落差（簡(jiǎn)稱落差）。落差決定了淹沒系數(shù)σ的值。特別是高淹沒度時(shí)，閘孔總凈寬的影響主要是淹沒系數(shù)σ，其它收縮影響可忽略不計(jì)。因此在水閘設(shè)計(jì)中，落差的采用，對(duì)水閘的工程造價(jià)關(guān)系極大，在條件允許的情況下，采用較大的落差，可縮減閘孔總凈寬，降低工程規(guī)模投資。
下圖是對(duì)奎濉河治理工程中部分新建水閘按設(shè)計(jì)條件繪制的落差～閘孔總凈寬關(guān)系曲線，由圖分析可知，落差對(duì)閘孔總凈寬的影響是很大的，落差愈小影響愈大。如小李莊閘：落差0.05m，總凈寬21.86m；落差0.1m，總凈寬18.20m；落差0.2m，總凈寬僅14.88m。
當(dāng)然，在水閘設(shè)計(jì)中，對(duì)落差的采用還應(yīng)結(jié)合水閘的功能特點(diǎn)、運(yùn)用要求及其它具體情況綜合考慮。平原地區(qū)，地勢(shì)平坦，把水流過閘落差定得很小，規(guī)范規(guī)定：一般情況下，平原地區(qū)水閘的落差可采用0.1m～0.3m。在平原地區(qū)采取較小的落差，對(duì)于排澇閘，是為了爭(zhēng)取時(shí)間搶排，盡量減免澇情；對(duì)于進(jìn)水閘與分水閘，是為了在低水位情況下，能夠獲取較多的流量；對(duì)于攔河節(jié)制閘，是為了減輕上游堤防的負(fù)擔(dān)。
但是把落差定得太小也是不對(duì)的，造成的浪費(fèi)也是驚人的。長(zhǎng)期以來，個(gè)別規(guī)劃人員不論具體情況，不進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，河道規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，水閘一律按設(shè)計(jì)落差為0.1m采用，計(jì)算時(shí)按0.1m落差計(jì)算，出圖時(shí)往往又留富裕度，0.1m帶出10m（如某閘計(jì)算閘孔總凈寬81.1m取9孔10m）。實(shí)際核算落差遠(yuǎn)小于0.1m。如在建的濉河八里橋節(jié)制閘對(duì)落差核算僅為0.0125m。已建成使用的唐河草溝節(jié)制閘10孔6m，總凈寬為60m。該閘閘址處河道底寬77m，上游河道斷面底寬37m，行成了所謂“大肚子”閘。采用新規(guī)范公式1按設(shè)計(jì)落差為0.1m核算該閘總凈寬為34.20m，這就意味著10孔6m僅需6孔6m。核算實(shí)際落差時(shí)出現(xiàn)負(fù)值。
閘孔的孔徑取整是造成實(shí)際工程的核算落差小于規(guī)劃階段規(guī)定設(shè)計(jì)落差原因之一。筆者建議：規(guī)劃階段對(duì)設(shè)計(jì)落差規(guī)定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的區(qū)間范圍，如0.1m≤落差≤0.2m，這樣就可避免了落差過小的情況發(fā)生。
值得一提的是那些大量的溝口涵閘，因控制流域面積小，作物種植結(jié)構(gòu)又允許，下游防沖因外河客水與大溝來水組合情況不同已采取措施，加大落差是完全可行的。溝口涵閘，洞身對(duì)造價(jià)影響最大，落差加大，閘孔尺寸減小，洞身工程量減少，就可以有效降低工程造價(jià)。
當(dāng)然落差的加大使閘孔總凈寬減小了，單寬流量卻加大了，對(duì)下游消能不利。經(jīng)分析，落差在規(guī)范規(guī)定0.1m～0.3m范圍內(nèi)，單寬流量基本都在允許范圍內(nèi)。對(duì)于平原河道節(jié)制閘工程，下游消能防沖一般不是受排澇及泄洪條件的控制，而是在蓄水期下游水位很低或下游無水等惡劣放水條件控制的，此時(shí)通過對(duì)閘門的開啟高度的控制限制單寬流量，滿足下游消能防沖設(shè)施的設(shè)計(jì)要求。
三行近流速水頭要重視
由于平原河道落差定得很小，行近流速水頭雖然不大，但相對(duì)比重不小，因此要利用好這寶貴的行近流速水頭。
在計(jì)算閘孔總凈寬時(shí)，行近流速水頭必須考慮進(jìn)去，否則就會(huì)出現(xiàn)荒謬的結(jié)論。宿遷節(jié)制閘，若不考慮行近流速水頭，落差等于零，流量理應(yīng)為零，而實(shí)際通過的流量仍達(dá)到200m3/s，可見行近流速水頭的重要性［參3］。上述唐河草溝節(jié)制閘核算其落差出現(xiàn)負(fù)值也說明行近流速水頭起的作用，其“大肚子”行成就因?yàn)楫?dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)，行近流速水頭沒有考慮造成的，按老規(guī)范不考慮行近流速水頭計(jì)算閘孔總凈寬為55m取10孔6m。
下表是對(duì)奎濉河治理工程中部分新建水閘按設(shè)計(jì)條件計(jì)入行近流速水頭和不計(jì)行近流速水頭分別對(duì)閘孔總凈寬進(jìn)行計(jì)算，分析可知行近流速水頭對(duì)閘孔總凈寬的影響是很大的，大流量時(shí)，影響更甚。如澮溝閘、枯河閘不計(jì)行近流速水頭比計(jì)入行近流速水頭閘孔總凈寬多算1/3。
涵閘
名稱
流
量(m3/s)
落差(m)
行近流速水頭(m)
計(jì)入行近流速水頭B0計(jì)入(m)
不計(jì)行近流速水頭B0不計(jì)(m)
B0不計(jì)—B0計(jì)入差值
(m)
(m)
小李莊閘
139
0.1
0.031
18.22
20.25
2.03
11%
黃橋閘
170
0.1
0.091
16.80
21.76
4.96
30%
馬元閘
299
0.1
0.101
26.32
34.87
8.55
32%
澮溝閘
787
0.1
0.201
57.56
89.76
32.20
56%
枯河閘
896
0.1
0.191
67.87
104.49
36.62
54%
在計(jì)算行近流速水頭時(shí)，斷面應(yīng)選距堰的上游3～5倍上游水深，翼墻以上上游河道斷面，該斷面為漸變流動(dòng)的區(qū)域。筆者發(fā)現(xiàn)，有些計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算行近流速中的斷面面積直接采用閘總寬乘閘上水深，顯然是不對(duì)的。有些計(jì)算機(jī)程序忽略上游流速水頭，同樣是不對(duì)的。以上情況對(duì)于有程序清單的，可修改源程序；對(duì)于已編譯的程序見不著程序清單的，使用時(shí)要格外注意，要反核算一下，不要拿來就用。
目前，一些河道進(jìn)行了治理，標(biāo)準(zhǔn)提高了，相應(yīng)原建的水閘不能滿足泄水要求，需要擴(kuò)建，對(duì)擴(kuò)建水閘閘前行近流速水頭的取值是一個(gè)值得研究的問題。奎濉河老汪湖上的小李莊退水閘，由于孔徑偏小，底板高程偏高，與設(shè)計(jì)河底高程相差近2m，共同排水時(shí)老閘流量只相當(dāng)于擬擴(kuò)建的新閘流量的1/5。對(duì)這樣的工程，筆者認(rèn)為，老閘在核算流量時(shí)可偏安全地忽略行近流速水頭。如果采用與擴(kuò)建的新閘相同的行近流速水頭，顯然是不合適的，偏不安全。
結(jié)語(yǔ)
水閘的閘孔總凈寬一定程度上決定了工程規(guī)模，而閘孔總凈寬的計(jì)算也一定程度上受人為因素的影響。有人認(rèn)為，閘孔總凈寬大了，有好處，沒有壞處，過流能力增強(qiáng)了，排澇防洪的標(biāo)準(zhǔn)提高了，但恰恰忽略了這樣會(huì)造成國(guó)家資金的浪費(fèi)。過去一些單位為爭(zhēng)項(xiàng)目爭(zhēng)投資，主觀上想加大投資規(guī)模，如在采用公式上按有利于擴(kuò)大工程規(guī)模的公式；在行近流速水頭上打埋伏，少算甚至不算；把上下落差定得很小。從而出現(xiàn)了“大肚子”閘工程，造成不必要的工程投入。
水閘的閘孔總凈寬公式的選擇使用，落差的合理取值應(yīng)引起高度重視。落差選擇是一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)分析比較優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題，作為今天商品經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)人員，不僅要精通“CAD”，更要“神機(jī)妙算”。要研究它的“性價(jià)比”，再也不要出現(xiàn)那些“大肚子”閘工程了。
參考文獻(xiàn)
[參1]《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265－2001(簡(jiǎn)稱新規(guī)范)水利電力出版社
