自動化防洪控制系統(tǒng)在水閘泵站中的應(yīng)用措施研究

薄又凡

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200）

針對傳統(tǒng)水閘泵站中存在的堤型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、下游堤防長、泵站多、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題，眾多研究學(xué)者通過不斷的深入研究提出了一種全新的自動化防洪控制系統(tǒng)，并將該控制系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際，實(shí)現(xiàn)了對水閘泵站的升級和改造。但由于自動化防洪控制系統(tǒng)研發(fā)時間較晚，并且在實(shí)際應(yīng)用中仍然處于起步階段。因此，仍然存在某些問題無法有效解決，例如，系統(tǒng)在針對突發(fā)情況下的防洪應(yīng)急響應(yīng)速度較慢，提供不同預(yù)報期及其響應(yīng)精度較低，無法實(shí)現(xiàn)對水閘泵站各項(xiàng)參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時采集等問題?；诖?，為實(shí)現(xiàn)水閘泵站的智能化和可持續(xù)發(fā)展，本文開展自動化防洪控制系統(tǒng)在水閘泵站中的應(yīng)用措施研究。

1 自動化防洪控制系統(tǒng)在水閘泵站中的應(yīng)用措施

1.1 水閘泵站運(yùn)行資源采集與整編

針對自動化防洪控制系統(tǒng)對各項(xiàng)運(yùn)行資源的采集，主要是針對水閘泵站中相應(yīng)的水文數(shù)據(jù)、歷史防洪資料、歷次河床斷面資料等相關(guān)內(nèi)容的采集。通過對各類資源的獲取，能夠?yàn)樗l泵站周圍河流在水文、防洪、河床等方面信息的實(shí)時掌握，從而為水閘泵站周圍流域的治理提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。在利用自動化防洪控制系統(tǒng)對水閘泵站周圍流域的水文資源進(jìn)行采集時，主要包括對水閘泵站歷史最高水位、最大水流以及不同頻率洪水下的水文、洪量等數(shù)據(jù)。針對歷史防洪資料的采集，應(yīng)當(dāng)通過自動化防洪控制系統(tǒng)，對歷史上存在的每次防洪資料，包括文件、多媒體、新聞、視頻影像等進(jìn)行采集，以此能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)將每次防洪階段的資料按照相應(yīng)的年份和日期進(jìn)行統(tǒng)一整編。針對系統(tǒng)采集的水閘泵站周圍河床斷面演變情況，也同樣可以將其歸檔和錄入。

1.2 基于自動化防洪控制系統(tǒng)搭建數(shù)據(jù)庫與服務(wù)平臺

在完成水閘泵站運(yùn)行資源獲取的基礎(chǔ)上，應(yīng)采用搭建數(shù)據(jù)庫的方式，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化管理。在此過程中，使用自動化防洪控制系統(tǒng)的支撐空間與防洪信息存儲空間，進(jìn)行水閘泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲與管理。在建設(shè)數(shù)據(jù)庫過程中，應(yīng)遵循我國水利工程發(fā)布的行業(yè)工作標(biāo)準(zhǔn)與我國防洪相關(guān)指導(dǎo)文件，綜合文件中的綜合性數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)庫與服務(wù)平臺進(jìn)行補(bǔ)充與填充。具體如下。利用自動化防洪控制系統(tǒng)中的防洪標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲空間，進(jìn)水閘泵站工程數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，綜合系統(tǒng)要求，在數(shù)據(jù)庫中設(shè)計(jì)包括排澇站、堤壩、河流等水利工程數(shù)據(jù)的存儲空間。數(shù)據(jù)類型包括音像數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、工程建造數(shù)據(jù)等，在完成存儲數(shù)據(jù)的定位與獲取后，以一周或一個月為周期，對數(shù)據(jù)庫中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行更新處理。要求存儲的水閘泵站相關(guān)數(shù)據(jù)不僅具有一定真實(shí)性，同時也應(yīng)具有反映工程時況的特點(diǎn)。歸類并劃分?jǐn)?shù)據(jù)，可將基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)劃分為下述三種類型：水利泵站工程信息、工程建設(shè)近況信息、工程運(yùn)行與歷史運(yùn)行信息等。在完成數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)信息的規(guī)劃與布設(shè)后，對水閘泵站涉及的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)?？臻g數(shù)據(jù)包括水閘泵站河流水系信息、區(qū)域地質(zhì)特征數(shù)據(jù)、使用遙感衛(wèi)星定位及獲取的數(shù)據(jù)（區(qū)別與傳統(tǒng)的地質(zhì)數(shù)據(jù)，此部分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)使用專業(yè)的GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取）、水閘泵站實(shí)時雨情數(shù)據(jù)（包括降雨量、水位站、流量站等信息）、區(qū)域氣候氣旋信息（包括整理的歷史信息等）、氣象數(shù)據(jù)信息（包括云衛(wèi)星氣象圖、歷史氣候預(yù)報數(shù)據(jù)等）。在完成數(shù)據(jù)庫內(nèi)相關(guān)信息資源的獲取時，將實(shí)時數(shù)據(jù)調(diào)入歷史數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)自動化防洪控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)格式的要求，對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與校正，以此確保數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一性。

1.3 水閘泵站水情自動測報

利用自動化防洪控制系統(tǒng)對水閘泵站現(xiàn)有的水情遙感測站點(diǎn)進(jìn)行改造和升級，并增設(shè)水情自動測報功能。通過在水閘泵站周圍增設(shè)3個閘內(nèi)水位監(jiān)測點(diǎn)和2個主要河段斷面監(jiān)測點(diǎn)，共5個自動測報站的方式，對水閘泵站水情進(jìn)行自動監(jiān)測。為確保監(jiān)測到的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地傳輸?shù)剿l泵站管理中心，可采用VHF超短波作為主要的數(shù)據(jù)信號傳輸信道，并利用CDMA 5X短信傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)對備份資源的傳輸，以此將傳統(tǒng)的信息傳輸方式改為數(shù)字化傳輸。當(dāng)自動化防洪控制系統(tǒng)發(fā)生故障問題時，通過兩種信道之間的自動切換，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。同時，在水閘泵站管理中心，可部署多臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，并完成通信網(wǎng)絡(luò)接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)校正等任務(wù)。表1為水閘泵站水情自動測報所需設(shè)備列表。

表1 水閘泵站水情自動測報所需設(shè)備列表

水閘泵站水情自動測報功能的實(shí)現(xiàn)，還需要水位傳感器、遙測終端設(shè)備、蓄電池、太陽能等相關(guān)硬件的輔助。為確保CDMA 5X和VHF兩種無線通信技術(shù)的穩(wěn)定傳輸，還需要設(shè)置召測和自報兩種傳輸方式，以此確保水閘泵站管理中心能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行及時、自動和準(zhǔn)確的傳輸和掌握。當(dāng)前，大部分水閘泵站周圍均設(shè)立了VHF中繼站，因此在利用VHF進(jìn)行無線通信傳輸時，可不另行建設(shè)中繼站，以此可以進(jìn)一步降低通信傳輸成本低的支出。在水閘泵站管理中心增加多臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的主要目的，是為了完成網(wǎng)絡(luò)接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)存儲等各項(xiàng)任務(wù)的需要。在對河流和閘內(nèi)外水位進(jìn)行測量時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其實(shí)際情況，選擇不同類型的水位計(jì)。當(dāng)相應(yīng)的水位上升超過1.5cm時，自動由自動化防洪控制系統(tǒng)向接收方發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)信息，以此防止風(fēng)浪對防洪控制的影響。為確保采集測量數(shù)據(jù)的及時性，可綜合各項(xiàng)條件因素，設(shè)置定時采集的時間間隔為5min。為提高傳輸數(shù)據(jù)的利用率，還應(yīng)當(dāng)將采集到的數(shù)據(jù)在本文上述搭建的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中存儲4個月以上。

1.4 水閘泵站與排澇站運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測

通過本文上述提出的相應(yīng)措施，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對水閘泵站各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的集成，并實(shí)現(xiàn)了對水閘泵站內(nèi)外水位、水閘開度和啟閉狀態(tài)等信息的采集。針對水閘泵站日常運(yùn)行需要，還需要對其和排澇站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。利用自動化防洪控制系統(tǒng)，在水站泵站的管理中心設(shè)置數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器、防雷器、超短波單臺、前置通信設(shè)備及蓄電池等硬件結(jié)構(gòu)。在排澇站遙測中心設(shè)置定向天線、同軸防雷器、閘內(nèi)水位測量設(shè)備、太陽能板、站門、遙測終端設(shè)備等硬件結(jié)構(gòu)。利用CDMA和GSM無線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水站泵站管理中心和排澇站遙測中心的通信傳輸。在實(shí)現(xiàn)水閘泵站與排澇站運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測過程中，還需要對相應(yīng)的建設(shè)范圍進(jìn)行規(guī)定，通過自動化防洪控制系統(tǒng)接口規(guī)范和通信協(xié)議規(guī)范，為后續(xù)水閘泵站擴(kuò)建提供充足的預(yù)留接口。同時通過對建設(shè)范圍的規(guī)定能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)信息的高度傳遞和共享，以此提高信息資源的利用率，并為水閘泵站管理中心人員提供更加全面、及時地掌握工程運(yùn)行狀況和管理情況。

表2 動化防洪控制系統(tǒng)輸入/輸出量對應(yīng)控制指令

在實(shí)際水閘泵站與排澇站運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測過程中，通過改變開關(guān)量輸入/輸出和模擬量輸入，可實(shí)現(xiàn)對水閘泵站各項(xiàng)控制動作的遠(yuǎn)程控制，以此方便在管理人員不在水閘泵站現(xiàn)場時，及時地對存在的安全隱患進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)水閘泵站的安全、可靠運(yùn)行。

2 結(jié)語

本文針對洪水量集中、突發(fā)性強(qiáng)以及洪峰傳播時間短的河流區(qū)域的水閘泵站進(jìn)行自動化防洪控制系統(tǒng)的應(yīng)用，通過各項(xiàng)具體應(yīng)用措施的實(shí)施，可有效實(shí)現(xiàn)對洪水預(yù)見期的延長，為水閘泵站提充足的供防洪決策和防汛準(zhǔn)備時間。同時，將本文提出的各項(xiàng)應(yīng)用措施應(yīng)用于洪水量不集中、不存在突發(fā)性危險的河流區(qū)域水閘泵站中，也能有效為其實(shí)際運(yùn)行提供安全保障。