晉城市水網的數(shù)字化水務建設

龐宇林

（晉城市水利勘測設計院 山西晉城 048026）

1 現(xiàn)狀

晉城市擁有一個水資源非常豐富、水利項目繁多、管理復雜的綜合性水網。其主要利用的河流為沁河、丹河和衛(wèi)河，其中水電站主要布置在沁河沿岸，包括拴驢泉、杜河、曹河、磨灘、佛圪嘴、河北、曲堤等一大批上世紀60、70年代建設的水電站，現(xiàn)已大都經過技術和設備的更新改造，基本實現(xiàn)了微機自動化管理；較大的供水工程主要包括郭壁、下河泉、東焦河、丹河、磨河、張峰等已建和杜河、東大河等在建項目，已建項目大都在近幾年完成，自動化程度相對比較完善；此外還有相當數(shù)量和規(guī)模的大量中小型水庫，2012年底前已完成11座?。á瘢┬退畮斓某U加固任務，到2013年底，又將完成31座?。á颍┬退畮斓某U加固任務。

如此眾多的水利基礎工程，足以構成一個豐富而又復雜的供水網絡。但針對水網的建設，市里還沒有形成一套相對完善、穩(wěn)定、高效的管理機制，也沒有成立類似總調度中心或數(shù)字水利中心的機構。水利工程大都各自管理，獨自運行，數(shù)據(jù)得不到及時共享，以致運營效率低下，水資源不能合理分配，供水系統(tǒng)水量造成損失，水利和供水安全得不到保證。

2 建設的必要性

“十二五”期間，晉城市政府提出了科學調度的水資源優(yōu)化配置思路，由張峰水庫供水工程干渠和已建及規(guī)劃新建的一批骨干供水工程干渠，結合電站、水庫組合成“井”字型骨干大水網。以此為框架，逐步實現(xiàn)區(qū)域水網與大水網對接，實現(xiàn)晉城所屬的沁河、丹河、衛(wèi)河與各水源工程、供水工程的聯(lián)合調度。近一年來，晉城市的水網建設逐步展開，但是，要形成穩(wěn)定可靠、結構合理、配置高效、全面節(jié)水的供水網絡，提高水資源調控、水利管理和工程運行的信息化水平，必須通過建設快速的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)分析發(fā)布系統(tǒng)來解決，也就是要利用數(shù)字化管理在水務系統(tǒng)形成一整套的“數(shù)字化水務”解決方案。

3 建設的原則

數(shù)字化水務是一項大的系統(tǒng)工程，對于晉城市的水網建設來說，整個項目的實施應按照整體設計，分階段分塊實施。具體到環(huán)節(jié)建設，需要按照從大到小、從面到點的方針逐步進行。系統(tǒng)應遵循安全性、先進性、實用性、通用性及可冗余性的原則作為設計導向，為整個系統(tǒng)工程搭建一個安全、合理、經濟的數(shù)字化運行管理平臺。

4 建設的目的

晉城市水網的數(shù)字化建設，應基于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)共享，通過水利數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、水利基礎數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)信息的建設及多種技術手段，結合水利信息管理、水利信息資源綜合開發(fā)，確保水網的安全運行和水資源的合理調配，同時，實現(xiàn)水網平衡、降低生產成本和水網水量損失，使整個水系統(tǒng)達到安全經濟運行的目的。

5 建設的主要內容

要建設數(shù)字化水務系統(tǒng)，首先要建立數(shù)字化水務的數(shù)學模型以及邏輯關系模型，其中的數(shù)學模型建立具有一定難度，可以在實施過程中不斷地去摸索，根據(jù)現(xiàn)有的管理模式以及今后計劃實施的管理方式逐步建立。邏輯關系的模型建立較為簡單，可以參考以往運行模式的優(yōu)良經驗，根據(jù)這些優(yōu)良經驗，配合將要建設的數(shù)字化水務的硬件部分重新優(yōu)化管理模式。新的管理模式應在多個傳感器、多個不同功能系統(tǒng)的基礎上建立，最主要的是由多個SCADA系統(tǒng)組成的廣域SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、MIS系統(tǒng)（管理信息系統(tǒng)）以及ERP系統(tǒng)（建立在信息技術基礎上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺），通過這些系統(tǒng)對水網的水務工作進行數(shù)字化管理。

晉城市水務一體化的實施還不是很成熟，根據(jù)當前的水網結構，現(xiàn)階段要建設水網的數(shù)字化水務系統(tǒng)，首先要在主要流域、水庫、水電站、供水工程幾個方面實現(xiàn)數(shù)字化和網絡化，實現(xiàn)大型水利設施之間的數(shù)據(jù)共享和相關設施的初期水網平衡。也就是說，由于流域中水電站、供水工程和水庫的規(guī)模不同，通過數(shù)據(jù)信息的管理，使河流及沿岸的水電站、水庫、大型提水供水設施能夠在各自最佳狀態(tài)下運行并達到初步平衡，既為水網平衡的主要工作，也是現(xiàn)階段數(shù)字化水務建設的主要工作。

對于河流和水庫來說，根據(jù)汛期和枯水期實時調整河流上下游水庫的工作狀態(tài)，通過監(jiān)控設施，對主要河流重點入河排污口、水功能區(qū)和庫容量進行全面監(jiān)測，消除安全隱患，增強水資源調控能力，為水網平衡調節(jié)做基礎。

對于水庫和水電站來說，水電的優(yōu)勢為通過水庫蓄能，在高峰用電和低谷用電之間調整每個水庫的需水量，從而使每個水電站達到最高經濟效益的同時使整個流域水電站和水庫都能達到基本能源平衡。在這個調節(jié)過程中，可以通過調度中心根據(jù)天氣情況，及時改變每個水庫水位，盡可能地保持每個水電站的發(fā)電用水，并同時提高水庫的抗洪能力和抗旱能力，實現(xiàn)真正的流域水網平衡。

對于提水供水系統(tǒng)來說，水泵用電為最大的能源消耗，在調節(jié)水池和終端蓄水池保證供水的前提下有效利用谷電來降低生產成本是提水供水系統(tǒng)中最為重要的節(jié)能環(huán)節(jié)。在這樣的系統(tǒng)中，可以使用變頻技術和先進有效的算法以及自動化測控裝置以自動配方的方式加以調節(jié)。同時，對調節(jié)水池和終端蓄水池的水位以及淤積數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，為水網平衡提供數(shù)據(jù)基礎。

實現(xiàn)水務數(shù)字化，就是實現(xiàn)信息數(shù)字化、傳遞網絡化。及時、多方面的信息收集是這項任務的基本工作之一，也是最為關鍵的工作之一?，F(xiàn)在晉城市的大部分水電站和供水系統(tǒng)都已經實現(xiàn)了微機自動化，通過水網的平衡和不斷建設，將有許多信息被收集和傳遞，這個過程可以通過多個不同功能的傳感器組成的測量系統(tǒng)以及采集數(shù)據(jù)的測量控制子系統(tǒng)來完成，然后通過網絡和后臺將多個測控系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)整理分類后以圖形和數(shù)據(jù)報表的方式展示給上一級管理部門（水利數(shù)字中心或調度中心）。中心根據(jù)這些數(shù)據(jù)經人工或者自動方式通過網絡給子系統(tǒng)提供運行數(shù)據(jù)依據(jù)，例如：潮流分析、時間配方分析、設備數(shù)據(jù)分析、安全分析等，從而實現(xiàn)子系統(tǒng)之間的協(xié)調運行和整個系統(tǒng)的安全經濟運行，達到水網平衡和數(shù)字化管理的目的。

6 功能描述

實現(xiàn)水網的數(shù)字化水務建設，可以在系統(tǒng)運行、應急處理、智能調度、生產經營管理等多方面形成很好的保障。

在系統(tǒng)運行方面，可以進行系統(tǒng)事故分析、實時水力模擬和系統(tǒng)的優(yōu)化、安全運行，并可實時提供水庫、水電站和供水管網的數(shù)據(jù)庫，為整個系統(tǒng)及各系統(tǒng)規(guī)劃、改擴建、施工提供圖紙及數(shù)據(jù)，成為安全生產運行的依據(jù)。

在應急處理方面，分析突發(fā)事件的類別，科學評估損失，可作為最優(yōu)決策和處理的輔助，并進行預案、事故緊急停車、災害應變等安全管理。

在智能調度方面，可以通過數(shù)據(jù)采集、處理和遠程視頻監(jiān)控等技術手段科學調度、合理調配各個環(huán)節(jié)，取得最大的經濟效益和社會效益。

在生產經營管理方面，可以整合生產過程數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析并進行處理，實現(xiàn)消耗、成本、故障、事件等生產數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析、預測及報表；同時，通過巡檢系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、信息來源實時掌握設備的各種信息（運行時間、運行狀態(tài)、主要運行參數(shù)等），實現(xiàn)設備全過程（計劃、選型、采購、安裝調試、運行、維護、修理、報廢等）的網絡化動態(tài)管理。

7 結語

總之，在晉城市的水網建設過程中，隨著數(shù)字化水務工作的展開，信息得到了有效的管理，數(shù)據(jù)得到了充分的共享，水利設施的運行狀態(tài)得到了很好的控制，水網的功能得到了極大的提高。數(shù)字化水務對推進水利信息化和現(xiàn)代化的建設將起著舉足輕重的作用，也將給全市乃至全省的水利發(fā)展提供強有力的保障。