潮州供水樞紐船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)“船閘”兼做“魚閘”模式改造

石 強

(廣東省潮州供水樞紐管理處,廣東 潮州 521011)

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潮州供水樞紐船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)“船閘”兼做“魚閘”模式改造

石 強

(廣東省潮州供水樞紐管理處,廣東 潮州 521011)

根據樞紐船閘運行工況,以船閘閘室兼做魚道,在原機電設備和自動化設備基礎上,對船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行改造擴展,實現晝間“船閘”模式與夜間“魚閘”模式并存,以減小潮州供水樞紐工程對洄游性漁業(yè)資源的不利影響。

供水樞紐；監(jiān)控系統(tǒng)；船閘；魚閘；改造

1 工程概況

1.1 工程綜合效益

廣東省潮州供水樞紐工程壩址位于韓江下游東、西溪兩溪口附近,是合理調配東溪、西溪、北溪水資源,為城鎮(zhèn)及工農業(yè)供水創(chuàng)造條件,結合發(fā)電、兼顧航運及改善水環(huán)境等綜合利用的1等大(Ⅰ)型水利工程。工程投運至今,合理地調配了韓江下游及三角洲河網的水資源分配,充分發(fā)揮了其綜合效益。

1.2 工程主要影響

潮州供水樞紐工程綜合效益顯現的同時,對河道內洄游性漁業(yè)資源環(huán)境造成了一定的影響。主要原因：①攔河閘壩的投運破壞了原有河流生態(tài)連續(xù)流水體系,使河流轉變成為一系列連續(xù)分布但又相互分離的靜水生態(tài)系統(tǒng)；②河湖水庫形成后,庫區(qū)水體的水溫、流速和溶氧等呈現明顯的垂直分層現象,影響了原生態(tài)系統(tǒng)的物種結構、再生產力、泥沙淤積、富營養(yǎng)化速度、棲息生存環(huán)境等；③興建攔河閘壩一定程度上阻斷了洄游性魚類的溯河與降河洄游通道,導致了其洄游率、繁殖率的下降,以及機械損傷率和死亡率的增加。

2 改造目標

為落實環(huán)境保護部(環(huán)驗函〔2012〕77號)文件的要求,最大程度地減小潮州供水樞紐工程對洄游性漁業(yè)資源的不利影響,有效解決韓江下游及三角洲河網區(qū)魚類資源洄游通道的暢通問題,促進韓江漁業(yè)資源的可持續(xù)、健康發(fā)展[1],針對鰻鱺洄游的生存特點,結合樞紐船閘運行工況,將原船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造為“船閘”與“魚閘”功能并存的系統(tǒng)。

3 項目實施

3.1 原船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

船閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式、分層分布式設計的網絡系統(tǒng),由船閘監(jiān)控室設備和現地控制單元等組成,監(jiān)控對象主要為：船閘上、下閘首左右兩側人字門和廊道工作門。此外還研發(fā)集成了船只調度模擬系統(tǒng)、船閘收費系統(tǒng),在完成對船閘運行工況實時監(jiān)控的同時,可對進出閘船只進行繳費登記和調度模擬。網絡結構如圖1所示。

監(jiān)控室層設置兩臺互為冗余的操作員工作站和一臺數據服務器,實時監(jiān)視船閘運行狀態(tài),完成操作控制命令下發(fā)。現地層設5個現地控制單元,4個為閘首LCU屏,1個為公用LCU屏,各閘首LCU屏之間的通信采用現場總線,與上位機之間的通信采用光纖以太網。該系統(tǒng)還包括廣播、工業(yè)電視、通航信號燈等輔助設備,構成一個完整的、獨立的過船控制監(jiān)視系統(tǒng)。

該系統(tǒng)從2005年投運至今,運行穩(wěn)定可靠、操作簡便,且運行人員熟悉,因此基于原系統(tǒng)進行“船閘”兼做“魚閘”模式改造,運行人員能較快掌握操作方法,保證運行工作的延續(xù)性,同時也可減少改造工程量。

圖1 船閘監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構示意

3.2 “船閘”兼做“魚閘”模式改造

3.2.1 改造項目工程原理

根據鰻鱺魚類的生理特性,鰻鱺等魚類具有怕光、晝伏夜出,對水壓、水流向、水流度等感知能力強,溯河能力強等特性[2]。結合潮州供水樞紐船閘夜間禁止過船的實際情況,參照荷蘭默茲河上已建阿那克魯沙魚閘的良好運行狀況,在船閘原運行調度的基礎上,以船閘閘室兼做魚道,進行適當改造,增設河流模擬系統(tǒng)、強光驅趕系統(tǒng)、增氧指引系統(tǒng)等工程措施[3],配合其它調度管理措施,使其改造為滿足鰻鱺洄游的改良型船閘兼作魚閘,既滿足過船需求,又具備魚閘功能。工程原理如圖2所示。

圖2 工程原理示意

3.2.2 兩種模式的運行時段設計

樞紐船閘按“魚閘”模式運行的時間為：每年4—6月的幼鰻或鰻苗溯河時段和8—11月的成鰻降河時段,每天夜間19:00至次日7:00運行,“魚閘”運行模式期間,禁止過船。

樞紐船閘按“船閘”模式運行的時間為：鰻鱺洄游季節(jié)的每天晝間7:00至當日19:00以及其它非洄游季節(jié)的晝間。

3.2.3 基于原系統(tǒng)上位機功能擴展

基于原船閘EC 2000計算機監(jiān)控系統(tǒng)模式,保持原上位機不變,新增1臺魚閘上位機,“魚閘”運行模式相關控制流程編寫在魚閘上位機中。數據庫重新組態(tài)、新增設備測點,上位機OPC中配置相應新增測點、增加“魚閘”運行模式相關操作畫面、報警、簡報、報表等功能。

在軟件編程方面,做到：①對上引航道路燈、閘室路燈的控制,可以在手動控制和自動控制兩個功能間切換。②能夠使上引航道、閘室內原有的紅綠燈在船閘運行模式時能按原有的規(guī)定正常指示,在魚閘運行模式時常亮紅燈,示意船只不能通航。③在上位機將船閘控制功能和魚閘控制功能分開,并以晝間不能運行魚閘模式為條件,將2種運行模式互相閉鎖,避免運行人員誤操作。④運行魚閘模式時,閘門的定時啟、閉以及路燈的自動開關都可以通過微機自動控制系統(tǒng)實現,并按照要求的時間間隔自動完成各個循環(huán)周期。

3.2.4 基于原系統(tǒng)下位機功能擴展

新增“魚閘”與原“船閘”模式共用下位機,只需在上、下閘首現地控制單元4套S 7-300 PLC程序塊中增加魚閘流程功能,以及與“船閘”模式的閉鎖功能。在公用配電LCU柜中,增加相應的PLC開出模塊、開關電源、相應繼電器開出回路等設備。最終可實現對驅魚強光燈組和上下閘首閘門等設備的控制。

3.2.5 “魚閘”模式具體流程

1) 溯河洄游流程

① 準備階段：照射到水域的燈具全部關閉,盡量營造船閘區(qū)域鰻鱺喜歡的黑暗水域環(huán)境；打開強光驅趕系統(tǒng),發(fā)揮燈光隔離墻的作用,驅趕鰻苗至船閘下游引航道處；打開上游增氧指引系統(tǒng),營造富氧環(huán)境,吸引鰻鱺往庫區(qū)上游游動。

② 誘魚入室階段：上游輸水廊道門、上游人字門處于關閉狀態(tài)。下游泄水廊道門先開啟至全開, 至閘室水位與下游河面處于平水狀態(tài),下游人字門開啟至全開,打開上游輸水廊道閘門4%的開度,保持此狀態(tài)模擬閘室河流模式,持續(xù)時間約60 min,吸引鰻鱺往閘室內聚集。

③ 閘室充水階段：首先關閉上游輸水廊道閘門,閘室水位與下游水位平水后,關閉下游人字門,關閉下游泄水廊道門,在此狀態(tài)再開啟上游輸水廊道閘門100%開度進行魚閘充水,至與庫區(qū)平水后,再將上游人字門全部開啟與庫區(qū)水域相連通,全程用時約15 min。

④ 驅魚入庫階段：打開下游泄水廊道閘門4%的開度,模擬閘室河流模式,并按程序開啟強光驅趕控制系統(tǒng),由下游往上游順序每隔100 s依次開啟1組強光燈,總共47組強光燈,全程用時約78.3 min,每天夜間按4個循環(huán)執(zhí)行。

⑤ 魚閘泄水階段：首先關閉下游泄水廊道閘門,其次關閉上游人字門,關閉上游輸水廊道門,在此狀態(tài)再開啟下游泄水廊道閘門100%開度進行魚閘泄水,至與下游平水,再將下游人字門全部開啟與下游相連通,全程用時約15 min。

⑥ 重啟循環(huán)周期：1次性全部關閉強光驅趕控制系統(tǒng),并重啟下1個循環(huán)。1個循環(huán)用時約2.5 h,每天夜間按4個循環(huán)執(zhí)行。

2) 降河洄游流程

按照鰻苗溯河洄游流程進行逆操作,根據成鰻喜愛游動速度更快的特點,適當縮短強光燈開啟間隔時間,調整為每60 s開啟1盞,開啟燈光用時共47 min。

① 準備階段：照射到水域的照明燈具全部關閉,曝氣增氧機全部開啟。

② 誘魚入室階段：下游泄水廊道門、下游人字門處于關閉狀態(tài)。上游輸水廊道門先開啟至全開,至閘室水位與上游河面處于平水狀態(tài),上游人字門全部開啟,打開下游泄水廊道閘門4%的開度,保持此狀態(tài)模擬閘室河流模式,持續(xù)時間約60 min,吸引鰻鱺往閘室內聚集。

③ 閘室泄水階段：首先關閉下游泄水廊道閘門,其次關閉上游人字門,關閉上游輸水廊道閘門,在此狀態(tài)再開啟下游泄水廊道閘門100%開度進行魚閘泄水,至與下游平水后,再將下游人字門全部開啟與下游水域相連通,全程用時約15 min。

④ 驅魚入江階段：打開上游輸水廊道閘門4%的開度,模擬閘室河流模式,并按程序開啟強光驅趕控制系統(tǒng),由上游往下游順序依次開啟強光燈,時間間隔為60 s,全程用時約47 min。

⑤ 閘室充水階段：首先關閉上游輸水廊道閘門,其次關閉下游人字門,關閉下游泄水廊道閘門,在此狀態(tài)再開啟上游輸水廊道閘門100%開度進行魚閘充水,至與上游平水,再將上游人字門全部開啟與上游相連通,全程用時約15 min。

⑥ 重啟循環(huán)周期：1次性全部關閉強光驅趕控制系統(tǒng),并重啟下1個循環(huán)。1個循環(huán)用時約2 h,每天夜間按6個循環(huán)執(zhí)行。

“魚閘”模式流程[3]如圖3所示。

圖3 魚閘模式流程示意

4 后續(xù)完善

2013年12月底,全部改造完成并通過驗收,在2014年4—6月幼鰻或鰻苗溯河時段長時間運行“魚閘”模式時發(fā)現,下左廊道門震動較明顯。經檢查和測試,由于“魚閘”模式時通閘運行,廊道門開度為4%～8%范圍內水流流速較大,廊道流態(tài)不順暢,工作門背水側存在隔阻,水流回轉形成渦流,從而引起共振。采取兩方面措施解決了此問題：一是機械部分,在廊道門下游面下部點焊5 mm厚鐵板,鉆孔固定使其減除隔阻,阻斷水流形成回轉渦流；二是監(jiān)控部分,模擬閘室河流模式的下左廊道門開度保持打開4%調整為3%,避開震動區(qū)間。

5 結語

“船閘”兼做“魚閘”模式改造充分利用了船閘年度檢修的停航時間段,避免了長期停航造成的社會影響。改造項目作為潮州供水樞紐工程的環(huán)境保護補救措施,于2014年初順利通過了國家環(huán)保部環(huán)保專項驗收。根據改造后2年多的運行情況,晝間“船閘”模式和夜間“魚閘”模式均運行正常良好,在發(fā)揮潮州供水樞紐工程社會經濟效益的同時盡可能減少了對洄游性漁業(yè)資源的不利影響。

[1] 水電水利建設項目河道生態(tài)用水.低溫水和過魚設施環(huán)境影響評價技術指南(試行) ：環(huán)評函〔2006〕4 號[A].2006．

[2] 周建平，黨林才.水工設計手冊(第二版)[M].北京：中國水利水電出版社,2012．

[3] 吳慧珠，楊克斌.潮洲供水樞紐工程船閘改造與增設誘魚驅魚設施項目電氣部份施工圖[R].汕頭：汕頭市水利水電勘測設計院,2013．

(本文責任編輯 王瑞蘭)

“Ship Lock Do Fishway” Modes Transformation in the Hub Lock Computer Supervisory Control System of Chaozhou Water Supply Project

SHI Qiang

(The Office of Chaozhou Water Supply Management in Guangdong Province, Chaozhou 521011, China)

According to the hub lock operation condition, lock chamber also do fishway. On the basis of the original mechanical and electrical equipment and automation equipment, computer monitoring and control system had transformation and extensional range. In order to achieve “l(fā)ock” mode between day and night “fish lock”, the size of migratory fish resources of Chaozhou water supply control project needs to be protected.

water suppyly project； monitoring system； hab lock； fishway； transformation

2016-05-12;

2016-06-10

石強(1982),男,本科,工程師,主要從事水利機電技術、計算機監(jiān)控以及水利信息化的維護和管理工作。

TV741

B

1008-0112(2016)06-0048-05