淺談大型水閘調度

朱　仁

摘要:文章簡要闡述了水閘調度,并通過對某水利工程的水閘調度案例進行研究,指出水閘調度應注意的一些事項,希望能給一些大型水閘的調度提供一定的經驗。

關鍵詞:水閘調度;調度系統(tǒng);調度方式

中圖分類號:TV66 文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)24-0120-02

一、水閘調度

(一)水閘調度目的

為分泄、引用、滯蓄江河天然徑流及調節(jié)水位或阻擋海水入侵,而對水閘進行的有計劃的管理運用?？偟囊笫窃诒ＷC工程安全的條件下,合理地綜合利用水資源,按照規(guī)定的水利任務的主次合理分配水量;在防洪運用中,必須與上下游工程相配合;要盡量防止泥沙淤積,延長使用壽命。

(二)控制運用指標

在水閘調度中用作控制條件的一系列特征水位與流量,主要有:上游最高、最低水位,最大過閘流量及相應單寬流量,最大水位差,興利水位及興利引水流量等。允許雙向運用的水閘應有相應的上述指標。這些指標,應根據(jù)水閘設計中規(guī)定的相應特征水位,考慮工程建設和安全情況、國民經濟各部門的現(xiàn)實要求、水文數(shù)據(jù)的變化等具體情況研究確定。

(三)調度計劃

由水閘管理單位根據(jù)控制運用指標,結合工程具體情況和有關方面的合理要求,參照歷史水文規(guī)律和工程運用經驗及當年水情預報等制定,內容包括:各時期的控制水位、流量及運行方式等。在實際調度過程中,應在計劃規(guī)定的范圍內運用,如因特殊情況需要在規(guī)定的上、下限指標范圍外運用時,須經過驗算及鑒定。

(四)調度方式

為滿足既定的水利任務如防洪、灌溉、發(fā)電等而制定的具體運用規(guī)則,它是水閘安全地、經濟地運行的關鍵。

二、某水利工程概述

某水利工程是一個以防洪、發(fā)電為主,兼顧灌溉、養(yǎng)殖的綜合利用水利樞紐工程。樞紐控制流域面積46800km2,多年平均流量1250m3/s,樞紐總庫容24億m3;水庫校核洪水位91.52m(P=0.1%),相應下游校核洪水位90.95m,對應泄洪流量為42000 m3/s;水庫設計洪水位86.43m(P=1%),相應下游設計洪水位86.05m,對應泄洪流量為32700 m3/s;水庫正常蓄水位77.5m,有效庫容5.7億m3,下游最低水位為59.79m。該水利工程通過對運用水庫的蓄、泄和擋水等功能,對水資源在時間、空間上按需要進行重新分配。在保證水利工程安全的前提下,綜合利用了水資源。

該水利工程位于A市的下游,重點要確保A市的防洪安全和下游防洪任務以及保證發(fā)電量,所以電站的發(fā)電回水對A市的影響也是一個比較敏感的問題,因此電站的正常發(fā)電運行,對其發(fā)電回水必須控制。同時該工程需要考慮到灌溉、養(yǎng)殖的任務,總體情況復雜、要求較高,所以需要依據(jù)科學的系統(tǒng)工程理論,擬定最優(yōu)調度運用方式,建立自動化調度系統(tǒng),逐步實現(xiàn)水利調度的最優(yōu)化、自動化。

三、水閘計算機自動化監(jiān)控調度系統(tǒng)

(一)系統(tǒng)的硬件組成

計算機監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構設計由多圈絕對值編碼器閘門開度儀、Profibus-DP接口、Profibus-DP總線、可編程控制器、監(jiān)控計算機等組成。

(二)系統(tǒng)的軟件組成

主要監(jiān)控計算機與各級控制器通過網絡連接,對整個閘門系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制和保護。

(三)系統(tǒng)實際應用

系統(tǒng)從管理功能一般可劃分為4個層次:操作層(水閘監(jiān)測)、控制層(分中心)、調度層(中心)、信息網絡。

1.操作層設在各基層水閘管理單位,負責采集閘內外水位、雨量、閘位、閘門開關量、水泵開關量等相關數(shù)據(jù),并接受有關控制信息。

2.控制層(分中心)按水利片或區(qū)縣設置,每個水利片或區(qū)縣一個調度分中心,它處于整個系統(tǒng)的中間層,是連接基層與決策層的紐帶。對上聯(lián)系著調度總中心,對下接收所轄水閘監(jiān)測站的水情工況數(shù)據(jù),并統(tǒng)計處理后上傳給調動總中心,同時接受調度總中心下發(fā)的調度指令。

3.調度層(中心)則是整個系統(tǒng)的指揮中心,它負責接收監(jiān)測點傳來的水情工況數(shù)據(jù)(包括視頻圖像),并進行遠程監(jiān)測;備份各監(jiān)測點水情工況的歷史數(shù)據(jù);對接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理,專家決策,提出調度方案。

(四)信息網絡

網絡模型是整個水閘調度信息系統(tǒng)的基礎,其目標是形成一個安全、穩(wěn)定為綜合業(yè)務服務的IP數(shù)字通道。網絡設計包括物理信道設計,網絡安全設計,網絡運營維護設計等內容。網絡模型設計要按以下原則來進行:

1.合理的拓撲結構設計,要求網絡的拓撲結構具有如下特點:可靠性,易維護,性能價格比優(yōu)良,配置靈活,便于集中管理,可擴展,最大限度保護已有投資,便于維護通信的安全。

2.各部門間通過子網劃分保持互相獨立。

3.結構化布線,建立高速網絡。

4.設備選型和配置時要滿足擴展能力、支持多業(yè)務服務、大數(shù)據(jù)量的突發(fā)服務響應能力等應用需求。

5.采用現(xiàn)場總線方案將監(jiān)控設備連接起來,以構成了一個穩(wěn)定、易于擴充的硬件環(huán)境。傳輸介質采用屏蔽雙絞線,系統(tǒng)采用總線式的拓撲結構,各設備采用總線接插件連入總線。PLC具有總線訪問的權限,可以讀取水位計,閘門開度儀等的實時數(shù)據(jù),從而達到監(jiān)視設備運行狀態(tài)的目的。

四、水閘調度方式

(一)分洪閘調度

分洪閘以A市作為防洪保護區(qū)代表站和閘前的水位(或流量)作為控制條件。根據(jù)上游水情及分洪閘以下河道的安全泄量情況,適時開閘分泄超額洪水入分洪道或分洪區(qū),并根據(jù)水情及防汛情況及時調整分洪流量,以充分利用河道泄洪能力及減少分洪損失。同時充分考慮發(fā)電所需水量,在一般情況下,電站正常發(fā)電回水位在A大橋處應控制在78.5m以下,其相應的入庫流量為4800 m3/s。而在天然情況下,A大橋水位78.5m其相應流量約為9000 m3/s,因此,水庫發(fā)電運行調度要重點研究入庫流量4800 m3/s～9000 m3/s時,保證A大橋處的水位不超過78.5m的相應措施。當入庫流量超過9000 m3/s時,為減少對A市水位的影響,水庫必須騰空,經研究水庫水位維持72.5m,對A大橋的水位基本沒有影響,因此水庫騰空至72.5m時,為方便回蓄,水位可維持不變。當洪水更大時,分洪閘敞開泄洪。

根據(jù)水電站的水情自動測報系統(tǒng)持續(xù)提供的24h精確的流量預報,發(fā)電調度可以根據(jù)24h預報入庫流量進行,按上述要求,結合閘門模型試驗成果,發(fā)電調度可分三個流量段進行:

1.當24h預報入庫流量小于4800 m3/s時,維持正常蓄水位77.5m運行,結合面臨流量的大小,由廠房發(fā)電與泄水閘Ⅰ區(qū)8孔聯(lián)合運行調度閘門的啟閉控泄流量。

2.當24h預報入庫流量在4800 m3/s～9000 m3/s之間時,為保證柳江大橋水位不超過78.5m,又方便水庫回蓄,按壩前水位、預報流量及面臨流量進行調蓄調度,由泄水閘Ⅰ區(qū)8孔和Ⅱ區(qū)10孔共同以相同的閘門開度均勻啟閉進行控泄。

3.當24h預報入庫流量大于9000 m3/s時,水庫泄至72.5m。洪水再大,18孔泄水閘敞開泄洪。當洪峰過后,直至預報入庫流量小于4800 m3/s、面臨流量小于8200 m3/s時,水庫逐漸回蓄至77.5m,恢復正常發(fā)電運行。為滿足蓄泄期間的通航水位變幅要求,每小時蓄泄變化的流量不大于1000 m3/s。

(二)擋潮閘調度

主要考慮到該水利工程年降雨不平均、汛期徑流量大的因素,為阻擋高潮入侵,以滿足排澇、防洪、灌溉、航運等方面的要求。采取分季節(jié)分級控制河網水位、根據(jù)氣象水文預報提前排水和及時蓄水,使排澇與灌溉均得到較好滿足?？刂坪泳W水位時,也考慮航運的要求。同時十分重視擋潮閘前淤積問題,充分利用潮水和汛前泄水沖淤。

(三)排水閘調度

及時的排除澇水,控制閘上水位不超過耕作要求的水位。在汛期外河水位高漲時,及時關閘,防止倒灌,并利用外河水位短期回落時機開閘搶排澇水。在汛后,外河水位低于閘內水位時,即開閘排水,以使盡可能多的土地進行耕種。對于灌排兩用閘,當灌溉季節(jié)遇到干旱年份應根據(jù)農田需要,適時開閘引水灌溉。并根據(jù)河道自然條件在魚苗旺發(fā)期引水“灌江納苗”,將魚苗送入閘內河道。

(四)進水閘調度

根據(jù)灌區(qū)和電站的需水要求,及考慮到外河水位的變化,有計劃地引水。趁外河漲水時機及時開閘引水,使湖泊水庫盡快充滿。

五、結語

水閘的調度,關系到水利工程的安全和國民經濟各部門對除害興利、綜合利用水資源的要求,應根據(jù)其承擔任務的主次關系及相互結合情況,建立科學的調度方案,對水閘的整個運營過程進行動態(tài)監(jiān)控和優(yōu)化管理,處理好防洪與興利的關系直至共同達到整體綜合最優(yōu)效益。