南水北調(diào)工程調(diào)度運行信息化系統(tǒng)設(shè)計分析

林靜 康立斌

【摘要】調(diào)水工程調(diào)度運行是非常復(fù)雜的，特別是對于實施自動控制的調(diào)水工程，實時強，可靠性要求高。調(diào)度運行既要保證工程安全和供水目標(biāo)，又要滿足水資源優(yōu)化配置、經(jīng)濟運行等要求。調(diào)度運行系統(tǒng)可以全面提高渠系運行調(diào)度水平，提高水資源利用率。開發(fā)具有調(diào)度決策、仿真模擬、安全預(yù)警、保障為一體的調(diào)水工程調(diào)度運行控制決策支持系統(tǒng)，對渠道安全運行具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】南水北調(diào)；構(gòu)建；風(fēng)險分析

1.國內(nèi)外相關(guān)內(nèi)容研究概況

1.1國外研究現(xiàn)狀

早在1930年，外國許多國家就開始對調(diào)水工程的自動化進行研究，其最早對調(diào)水工程自動化實踐的是法國Neyrpic公司。Neyrpic公司制作出適用于明渠調(diào)水工程自動化設(shè)備，同時，提出了調(diào)水工程自動化的控制方式。于1937年阿爾及利亞地區(qū)安裝了全世界第一個適用于調(diào)水工程的自動閘門，該閘門的安裝使得該地區(qū)的灌溉工程能夠自動調(diào)節(jié)調(diào)水，其中AMIL閘門能夠最大輸出流量是10m3/s 。1952年，美國Friant-kem渠道和Columbia Basin程安裝了由美國墾務(wù)局開發(fā)的Little-M an算法，并運行成功。

1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國現(xiàn)代渠道輸水調(diào)度運行自動化研究始于20世紀(jì)70年代，我國在渠系調(diào)度自動化方面與國外差距巨大，目前絕大多數(shù)渠道輸水靠人工經(jīng)驗調(diào)度。1970年以后，伴隨大型跨流域調(diào)水工程的修建，我國對調(diào)水工程運行要求越來越高，國內(nèi)高校和相關(guān)單位在調(diào)水工程自動化的研究取得了顯著的成果。在1977年至1982年期間，研發(fā)了采用分離元件設(shè)備的水利監(jiān)控系統(tǒng)，且目前一些系統(tǒng)還在使用。

2.調(diào)水工程調(diào)度運行系統(tǒng)框架構(gòu)建

2.1整體性原則

在設(shè)計系統(tǒng)時，首先考慮的是系統(tǒng)的整體性原則。對于一個獨立的系統(tǒng)需要整體規(guī)劃，建立統(tǒng)一的管理平臺進而對整個系統(tǒng)集中管理，其中還需建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。先對總體進行集中管理，然后在集中管理的基礎(chǔ)與約束下分散控制。如南水北調(diào)東線工程先總體的一級管理機構(gòu)南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，之后二級管理局，最后的三級各縣（市/區(qū)）的管理處。

2.2實用性原則

一個系統(tǒng)設(shè)計的是否實用性，是客戶最關(guān)心的地方，故為了達到實用性的目的，在設(shè)計之初必須做好需求分析。本系統(tǒng)應(yīng)從南水北調(diào)東線的實際情況和現(xiàn)實需求出發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)對南水北調(diào)東線進行調(diào)控，滿足工程的實際需求。在系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮到未來很長一段實際上能保持國內(nèi)領(lǐng)先水平，才算的上真正實現(xiàn)系統(tǒng)的實用性原則。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，需要選擇國內(nèi)外成熟穩(wěn)定且具有一定先進性的技術(shù)完成對系統(tǒng)的設(shè)計。

2.3簡易性原則

系統(tǒng)設(shè)計界面具有簡潔性、易操作性和人性化的特點，盡量不需操作人員的培訓(xùn)，具備在幫助功能，具有提示功能。在設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)考慮到操作人員（用戶）的特點，進行具體分析，具有一定的邏輯性，以便適用不同人員的操作。

3. 蓄水系統(tǒng)風(fēng)險分析

東線工程蓄水系統(tǒng)主要指沿線天然蓄水湖泊。界定蓄水系統(tǒng)的工程運行風(fēng)險為天然湖泊堤防失事，不能滿足規(guī)劃調(diào)蓄功能的要求 。因此 ，除荷載情況需添加風(fēng)浪作用外 ，上述輸水河道工程運行風(fēng)險評價層次結(jié)構(gòu)蓄水系統(tǒng)水情工情較南水北調(diào)東線工程建設(shè)前有較大改變 .工程建設(shè)前蓄水系統(tǒng)的運行主要分為汛期及非汛期，工程運行期間則主要為汛期和輸水期.根據(jù)南水北調(diào)東線一期工程調(diào)度運行方案可知， 蓄水系統(tǒng)汛期工況較之前改變甚微 ，而輸水期則意味著湖泊堤防將長期遭遇高水位浸泡。蓄水系統(tǒng)運行風(fēng)險率計算方法與輸水河道相似 ，汛期失事后果分析主要參考湖泊歷史出險情況及經(jīng)濟損失， 輸水期失事后果分析主要參考江水北調(diào)運行期 、南水北調(diào)東線工程試運行階段的湖泊險情及輸水損失 ，并分析非汛期和輸水期工況改變對調(diào)輸水的影響.分析結(jié)果表明：在汛期洪澤湖風(fēng)險較高，風(fēng)險率等級。于 2 ～ 3之間 ，主要表現(xiàn)為行洪期間的風(fēng)浪漫溢及滲透失事 ；南四湖及東平湖風(fēng)險中等 ；駱馬湖風(fēng)險較低。與未建設(shè)南水北調(diào)工程的情況相比，由于工程建設(shè)過程中對穿堤涵閘及其他建筑物進行重建或加固，對蓄水湖泊的部分險工段進行防滲處理 ，在汛期同樣工況情況下 ，風(fēng)險等級均有一定程度的降低。

4.對策措施

由于提水系統(tǒng)的大型泵站是南水北調(diào)東線的核心工程， 其安全性是保障東線工程按設(shè)計暢通運行的重要保障 .根據(jù)南水北調(diào)東線提水系統(tǒng)的風(fēng)險評價結(jié)果，制定如下提水系統(tǒng)的風(fēng)險控制技術(shù)及對策：注重泵站系統(tǒng)的巡視 、維護和保養(yǎng)；進一步完善泵站樞紐管理體制；提高泵站自動化程度， 保障工程效益發(fā)揮 ；定期進行地基監(jiān)測 ，保障泵站的工程安全；提高泵站樞紐管理人員的素質(zhì) ，降低人為技術(shù)風(fēng)險 .通過以上風(fēng)險管理措施 ，有效規(guī)避和降低泵站的失效風(fēng)險 ，保障泵站的安全運行.輸水河道風(fēng)險主要影響因素為人為穿堤采煤及地下水開采.針對堤防工程中存在的風(fēng)險，提出采取非工程措施和工程措施并舉的方法降低堤防的工程失效風(fēng)險.主要的非工程措施有：劃分堤防安全等級 ；落實穿堤采煤報批手續(xù) ，事前在預(yù)沉區(qū)內(nèi)采取應(yīng)對措施，確保堤防安全及完整 ；嚴(yán)禁河道內(nèi)無序采砂改變河道水流、水力條件；加強信息化建設(shè) ，及時獲得水情信息 ；實施堤防工程安全實時監(jiān)測系統(tǒng)等。主要的工程措施有：復(fù)合堤頂高程 ，對堤防進行加固、提高；當(dāng)遭遇滲透風(fēng)險時 ，提高堤身和堤基抵抗?jié)B透破壞的能力， 同時降低滲流的破壞能力；當(dāng)遭遇邊坡失穩(wěn)風(fēng)險時 ，采用 “上部削坡與下部固腳壓重”，對因滲流作用引起的滑坡， 采取“前堵后排”的工程措施。

5.結(jié)束語

調(diào)水工程調(diào)度運行是非常復(fù)雜的，特別是實施自動控制的渠道，實時強，可靠性要求高。運行既要保證工程安全和水資源優(yōu)化配置，又要滿足供水目標(biāo)、灌溉、經(jīng)濟運行等要求，稍有不慎，就可造成渠道漫堤、淹沒泵站、渠堤滑坡等事故或棄水。調(diào)度運行決策支持系統(tǒng)是調(diào)水工程調(diào)度的指揮大腦，開發(fā)具有調(diào)度決策、仿真模擬、安全預(yù)警、保障為一體的調(diào)水工程調(diào)度運行控制決策支持系統(tǒng)，對渠道安全運行具有重要意義。

參考文獻：

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