南水北調工程調度運行信息化系統設計分析

林靜 康立斌

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

【關鍵詞】南水北調；構建；風險分析

1.國內外相關內容研究概況

1.1國外研究現狀

早在1930年，外國許多國家就開始對調水工程的自動化進行研究，其最早對調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水工程自動化設備，同時，提出了調水工程自動化的控制方式。于1937年阿爾及利亞地區安裝了全世界第一個適用于調水工程的自動閘門，該閘門的安裝使得該地區的灌溉工程能夠自動調節調水，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局開發的Little-M an算法，并運行成功。

1.2國內研究現狀

我國現代渠道輸水調度運行自動化研究始于20世紀70年代，我國在渠系調度自動化方面與國外差距巨大，目前絕大多數渠道輸水靠人工經驗調度。1970年以后，伴隨大型跨流域調水工程的修建，我國對調水工程運行要求越來越高，國內高校和相關單位在調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，研發了采用分離元件設備的水利監控系統，且目前一些系統還在使用。

2.調水工程調度運行系統框架構建

2.1整體性原則

在設計系統時，首先考慮的是系統的整體性原則。對于一個獨立的系統需要整體規劃，建立統一的管理平臺進而對整個系統集中管理，其中還需建立統一的數據庫。先對總體進行集中管理，然后在集中管理的基礎與約束下分散控制。如南水北調東線工程先總體的一級管理機構南水北調東線山東干線有限責任公司，之后二級管理局，最后的三級各縣（市/區）的管理處。

2.2實用性原則

一個系統設計的是否實用性，是客戶最關心的地方，故為了達到實用性的目的，在設計之初必須做好需求分析。本系統應從南水北調東線的實際情況和現實需求出發，能夠實現對南水北調東線進行調控，滿足工程的實際需求。在系統實現的基礎上，充分考慮到未來很長一段實際上能保持國內領先水平，才算的上真正實現系統的實用性原則。因此，在系統設計時，需要選擇國內外成熟穩定且具有一定先進性的技術完成對系統的設計。

2.3簡易性原則

系統設計界面具有簡潔性、易操作性和人性化的特點，盡量不需操作人員的培訓，具備在幫助功能，具有提示功能。在設計時，應當考慮到操作人員（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. 蓄水系統風險分析

東線工程蓄水系統主要指沿線天然蓄水湖泊。界定蓄水系統的工程運行風險為天然湖泊堤防失事，不能滿足規劃調蓄功能的要求 。因此 ，除荷載情況需添加風浪作用外 ，上述輸水河道工程運行風險評價層次結構蓄水系統水情工情較南水北調東線工程建設前有較大改變 .工程建設前蓄水系統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.根據南水北調東線一期工程調度運行方案可知， 蓄水系統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。蓄水系統運行風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濟損失， 輸水期失事后果分析主要參考江水北調運行期 、南水北調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輸水的影響.分析結果表明：在汛期洪澤湖風險較高，風險率等級。于 2 ～ 3之間 ，主要表現為行洪期間的風浪漫溢及滲透失事 ；南四湖及東平湖風險中等 ；駱馬湖風險較低。與未建設南水北調工程的情況相比，由于工程建設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 ，風險等級均有一定程度的降低。

4.對策措施

由于提水系統的大型泵站是南水北調東線的核心工程， 其安全性是保障東線工程按設計暢通運行的重要保障 .根據南水北調東線提水系統的風險評價結果，制定如下提水系統的風險控制技術及對策：注重泵站系統的巡視 、維護和保養；進一步完善泵站樞紐管理體制；提高泵站自動化程度， 保障工程效益發揮 ；定期進行地基監測 ，保障泵站的工程安全；提高泵站樞紐管理人員的素質 ，降低人為技術風險 .通過以上風險管理措施 ，有效規避和降低泵站的失效風險 ，保障泵站的安全運行.輸水河道風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 ，事前在預沉區內采取應對措施，確保堤防安全及完整 ；嚴禁河道內無序采砂改變河道水流、水力條件；加強信息化建設 ，及時獲得水情信息 ；實施堤防工程安全實時監測系統等。主要的工程措施有：復合堤頂高程 ，對堤防進行加固、提高；當遭遇滲透風險時 ，提高堤身和堤基抵抗滲透破壞的能力， 同時降低滲流的破壞能力；當遭遇邊坡失穩風險時 ，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.結束語

調水工程調度運行是非常復雜的，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化配置，又要滿足供水目標、灌溉、經濟運行等要求，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。調度運行決策支持系統是調水工程調度的指揮大腦，開發具有調度決策、仿真模擬、安全預警、保障為一體的調水工程調度運行控制決策支持系統，對渠道安全運行具有重要意義。

參考文獻：

[1]陳雷.保護好生命之源、生產之要、生態之基--落實最嚴格水資源管理制度[J].河南水利與南水北調，2014.

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