淺析現代化技術在水閘工程運行管理中的應用

(南京市三汊河河口閘管理處， 南京 210036)

三汊河河口閘位于南京市秦淮河東支流三汊河河口入長江處。三汊河河口閘采用國內首創的“護鏡門”型式，為創新型水閘工程。閘室為整體式大跨度鋼筋混凝土塢式結構，順水流方向長度為37m，垂直水流方向總寬度97m，共設兩孔，單孔凈寬40m，底板厚度2.5m，閘門高6.0m，每扇閘門自重為280t。三汊河河口閘工程在建成時即具有較高現代化水平，在近來年運行管理中，南京市三汊河河口閘管理單位進一步突出現代化技術應用，取得了顯著效益，2009年通過國家一級水利工程管理考核驗收，2012年通過復核驗收。

1 計算機監控系統

1.1 監控對象

三汊河河口閘計算機監控系統的監控對象主要是閘門啟閉，根據閘門運行工況自動控制2扇護鏡門和12扇活動小門的操作，監視上下游水位和閘門開度，確保擋水、泄洪，同時可按預定或按值班人員意愿控制河道景觀照明，采集、監視配電變壓器溫度及配電系統重要電氣參數。

1.2 系統布置結構

計算機監控系統采用分層分布式結構，由主控級和現地單元控制級組成。現地單元控制級設置5套PLC，4套閘門控制PLC布置在閘門旁排架的啟閉機房內，其中2套PLC分別控制2扇護鏡門的啟閉，另2套PLC分別控制2扇大門上的活動小門。左側護鏡門及其小門的2套PLC布置在左側岸邊的啟閉機房內，右側護鏡門及其小門的2套PLC布置在右側岸邊的啟閉機房內。1套PLC布置在控制室，作為景觀照明系統的控制及采集監視配電系統的重要參數。現地單元控制級PLC采用Modbus現場總線方式實現與現場智能設備如變頻器、多功能儀表、溫控器等的通信。

現地單元控制級PLC與主控級的通信采用環型工業級光纖以太網。主控級設置2臺互為冗余熱備的監控主機、1臺服務器。監控主機的所有控制命令通過工業級以太環網下達給各PLC，從而實現2扇大門和12扇小門的協聯操作；現地各PLC實現對閘門開度、水位、限位開關、油溫、油壓、電磁閥位置等的采集和處理，接受主控級或現地命令，進行閘門啟閉控制、同步調節，以及對所控設備進行故障監測，同時將有關信息實時上送主控級。主控級設備布置在管理區綜合樓控制室內，監控主機、服務器、視頻監視主機等設備通過工業級以太網交換機實現通信。

1.3 閘門吊點同步控制

由于每扇護鏡門采用兩臺固定卷揚式啟閉機啟閉，每扇門兩臺啟閉機之間無機械連接，吊點間可能不同步，產生行程差，對閘門結構造成危害，因此，每扇門兩臺啟閉機進行同步控制。監控系統應配置變頻器并根據閘門兩吊點的行程差，調節兩臺卷揚式啟閉機的轉速，使行程差控制在2cm以內。

1.4 活動小門控制

兩扇大門的12扇小門，采用各自單獨的液壓控制系統進行控制，在非汛期的大門全關時，可在中央控制室主控機上設定小門開啟高程，在閘門現場形成壯觀的人工瀑布效果。

2 安全監測自動化系統

2.1 建設背景與監測項目

三汊河河口閘閘址有深厚的淤泥質粉質黏土，地質條件極差，閘室采用大跨度整體式結構，整個結構受力復雜，設計要求較高。為解決深厚淤泥質黏土給工程帶來的不利影響，設計單位在工程設計中采用了多項新技術以保證河口閘的安全。為了工程的安全監測需要，在三汊河河口閘設計布置了閘室及翼墻的垂直位移、閘室的水平位移、閘室底板的揚壓力、閘室底板的基地土壓力和灌注樁樁頂壓力、閘室底板鋼筋應力、底板的不均勻沉降、伸縮縫開合度、閘墩門支鉸處的鋼筋應力、護坡深層水平位移等監測項目。

2.2 自動監測系統功能與應用

為實現監測自動化，在三汊河河口閘工程設置了一套安全監測自動化系統，通過埋設于工程各部位的自動觀測儀器，實現所有自動監測項目的測量、傳輸、分析工作的自動化，為及時掌握工程施工期、運行期的安全工況，提供現代化管理手段。系統包含自動采集、數據傳輸、數據儲存和數據管理等幾個部分。三汊河河口閘將數據采集裝置設在啟閉機房內，網絡控制中心設在管理房內。數據采集裝置與網絡控制中心之間采用電話線或雙絞線連接。該系統可以實現實時觀測、定時觀測，并能對測量成果進行瀏覽查詢、圖形曲線、報表輸出、測值輸入輸出的功能，圖文并茂、直觀實用。

該系統為管理者及時掌握水閘運行工況提供極大方便，如：2012年江蘇高郵地區地震、“海葵”臺風后，對工程進行特別檢查，管理單位通過該系統及時查調各安全監測數據，對地震、臺風前后各安全監測數據進行比對分析，結合相關現場檢查，較快、準確判定水閘安全狀況。同時，該系統具備的歷史數據對比分析、自動圖表生成等功能，為管理者對年度測量資料匯編、分析提供了詳實的數據支撐。

3 信息化系統

南京市三汊河河口閘管理單位信息管理系統(目前為一期建設)，是為了全面提升三汊河河口閘管理能力和信息化水平而實施的項目。旨在運用現代信息技術，對現有系統進行整合提升，建設數據庫，實現內部協同辦公和資源共享；開發相關應用系統，實現信息管理及處理的數字化、標準化、網絡化、集成化、智能化；建設具有工程管理、水質監測管理、隊伍建設管理、標準維護及法律法規管理等功能的水利信息管理系統。主要內容包括數據服務平臺建設、綜合業務辦理平臺建設、應用系統建設、運行硬件環境建設四部分。

3.1 三汊河河口閘工程管理系統

實現水閘實時監控、運行管理功能，以及水閘工程檢查、觀測、養護維修、服務考核相關運行管理工作網上運行的功能。

3.2 外秦淮河水體管理系統

自動記錄管理單位設置在外秦淮河水體上各監測點每天的水質、水量數據，實現水文信息查詢、巡查統計和水質評價；實現外秦淮河遠程集中監控系統養護維修管理和服務考核網上運行的功能。

3.3 單位內部管理系統

物業管理，實現設備設施日常巡查記錄的錄入和查詢，實現物業服務考核網上運行；人事管理，實現人事管理、法律法規管理等功能；管理移動辦公，在Android平臺上開發移動辦公應用系統，通過該系統接入信息管理系統數據庫，實現相關水位數據、水質數據、引江換水統計數據、外秦淮河每日水體巡查記錄的綜合查詢與展示功能，同時，實現與市移動防汛平臺的對接，并留有相應拓展接口。

4 結 語

水利現代化是當前水利行業發展的重要任務，水管單位必須在管理中不斷摸索創新，將計算機、信息化等現代化技術應用到水利工程管理中，這將對推進水利工程管理水平提升、促進實現水利現代化目標起到至關重要的作用。