海珠區調水補水工程中水務信息化設計探討

周偉良 高強 唐清華 孟慶強 李泉

摘 要：海珠區水務工程信息化智慧監控系統是實現海珠區調水補水總承包工程目標最關鍵的一環，項目建設1個總控中心、4個分控中心、40座閘泵站點的水務信息采集系統（包括視頻監控子系統、水雨情監測子系統、網絡廣播子系統、防入侵子系統）、閘門及水泵的控制系統、聯合遠程控制平臺、視頻圖像中控平臺及聯合優化調度平臺。

關鍵詞：信息化；調水補水；信息采集；聯合自動調度；優化方案

1 概述

海珠區由珠江前、后航道所環繞，區內河網密布，具有南方水鄉特色，河涌全部為感潮河涌，較大的河涌有石榴崗河、黃埔涌、赤沙涌、海珠涌、北濠涌、土華涌等[1]。

隨著城市化進程的加快，由于人們對環保工作不夠重視，加上環境保護投入不足，截污措施相對滯后等原因，大量污水沒有經過處理直接排入河涌，受珠江的潮汐影響，內河涌水體往復回蕩，不能及時排出，導致河涌水質惡化，乃至黑臭[2]。為此，海珠區河涌管理所開展《海珠區引水補水工程規劃深化實施方案》，把珠江前、后航道作為引水水源，通過群閘聯控，落潮排水漲潮引水，利用黃埔涌、赤崗涌、赤沙涌、石榴崗河、海珠涌等作為引清通道，采取連通斷頭涌、新建水閘或泵站、清淤等措施為河涌進行補水，把雙向流的河涌變成單向流，以達到沖污換水的目的。

工程信息化建設主要集中在廣州市海珠區調水補水工程設計采購施工總承包項目標段三，項目的主要內容為海珠區閘群自動化監控系統（以下簡稱系統），涉及46座水閘及泵站、1個總控制中心、4個分控制中心、全區重要水閘、泵站的聯合自動化控制、聯合優化調度子系統的建設。項目包括：（1）信息源子系統建設，包括水情、雨情、工情、災情采集及水利工程自動化監控的建設。（2）通訊和計算機網絡子系統的建設，為各種水利信息的傳輸和共享提供平臺。（3）信息管理、優化調度系統和決策支持子系統建設。

2 信息化設計

2.1 總體架構

系統建設覆蓋地域為海珠區全區閘泵站，共有水閘40座。根據系統建設的總體任務、設計原則、需求分析及信息流程分析，系統采用分層分布式結構，總體上可將系統建設分為1個總控制中心、4個分控制中心、40個水閘站控子系統、通信網絡、系統軟件平臺建設部分。

2.2 水閘現場站控子系統

站控子系統是海珠區閘群自動化監控系統的基本組成單位，主要負責各種信號（信息）的采集和執行各種控制指令，具備嚴格按照操作規程自主運行或手動操作運行的功能，是智能化的系統。

2.3 通信網絡子系統

通信網絡子系統是系統建設的關鍵。主要由光端機、工業光纖交換機、匯聚交換機、核心交換機、路由器、防火墻、光纖、無線網橋、必要的光纖跳線及連接設備、天線等構成。其中總控制中心和4個分控制中心交換機組成星型拓撲結構，構成海珠區閘群自動化監控系統主干網，為各種信號傳輸提供高速、穩定的通信鏈路，滿足系統實時性要求。

2.4 分控制中心

分控制中心是海珠區閘群自動化監控系統信息匯聚和監控處理中心，擔負相關水系監控系統運行管理、數據分析處理、信息發布等任務。

2.5 總控制中心

總控制中心是海珠區閘群自動化監控系統的核心，擔負閘群自動化監控系統運行管理、數據分析處理、信息發布及數據共享、系統網絡管理、綜合數據管理等任務。

2.6 系統軟件平臺

由數據庫和各種管理軟件、控制軟件聯合優化調度系統軟件構成的系統軟件平臺是閘群自動化監控系統的靈魂，是系統運行的根據，是系統功能的集中體現。現場站控子系統包括PLC運行監控程序（編制）、監控計算機內置組態軟件和視頻服務器客戶端軟件為現場操作提供圖形化功能；分控制中心主要有高性能數據采集軟件、工控組態軟件、實時歷史數據庫軟件、管理分析軟件、視頻服務器軟件及各種軟件平臺；總控制中心主要有高性能數據采集軟件、工控組態軟件、實時歷史數據庫軟件、WEB應用服務軟件、管理分析軟件、聯合優化調度系統軟件、視頻服務器軟件、網絡版殺毒軟件、GPS時間同步軟件及各種軟件平臺。

3 應用效果

目前廣州市海珠區調水補水工程項目已實施了1個總控中心、1個會商室、4個分控中心、40座閘泵站點的現地監控子系統、通信網絡、系統軟件平臺等的建設，基本建成了可靠實用、自動規范、信息共享、擴展靈活的系統。

2013年9月至2014年8月，系統完成了試運行，試運行內容如下：（1）遠程自動控制系統：管理人員在控制中心通過點擊鼠標，操作軟件的閘門、水泵、清污機的控制器面板，現場的水閘、水泵、清污機等機電設備在現場無人操作的情況下啟動停止。（2）視頻安防系統：遠程實時顯示水閘周圍和水面等關鍵部位情況，圖像清晰，控制中心及授權的網絡用戶可以對云臺鏡頭和輔助開關控制等功能，并能儲存錄像。（3）水雨情監測：顯示各閘泵站的工情、水情、雨情等信息，數據與現場讀數一致，并按照設計要求的頻率存入實時數據庫和歷史數據庫。（4）網絡廣播、對講及安防：管理人員在控制中心可以呼叫現場操作人員并與之對講，現場無人的情況下可以由控制中心播放廣播，閘泵站發生非法侵入的情況時現場發出聲光報警。（5）系統聯合調度：根據海珠區河網及閘泵站工程實施的實際情況，選取有代表性的石榴崗河流域中的閘泵站，在總控制中心值班人員的監控下，進行計算機全自動控制。

試運行期間，計算機自動判斷外江漲退潮準確，基本上能按照事先制定的調度規則對水閘閘門進行自動啟閉，相對于人工操作閘門的粗放性，計算機自動啟閉閘門能實現較為精細化的管理。通過以后不斷的運行完善，計算機自動調度還有很大的完善空間。海珠區石榴崗河流域調水補水方案在計算機自動化控制的基礎上，可以進一步優化完善，調度的各項指標參數計算結果能更為精確。

4 結束語

歷經一年試運行的完善，系統的調度方案和效果已經基本滿足了日常調度的需要，雖然沒有流速儀無法自動計算污水是否倒流，但可以通過漲退潮、外江水閘的關閉等條件來完成內涌水閘的關閉。為了及時發現并處理意外事件（如工廠偷排等）以及保證水閘機械設備的安全，不建議在中控室或現場采用無人值守的方式進行調度管理。此外，水閘閘門計算機全自動啟閉是建立在日常良好維護基礎上的。

參考文獻

[1]廣州市水務局.廣州市市區河涌整治規劃[Z].2007.

[2]海珠區河涌管理所.海珠區引水補水工程規劃深化實施方案[Z].2008.