南水北調(diào)工程調(diào)度運(yùn)行信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

林靜 康立斌

【摘要】調(diào)水工程調(diào)度運(yùn)行是非常復(fù)雜的，特別是對(duì)于實(shí)施自動(dòng)控制的調(diào)水工程，實(shí)時(shí)強(qiáng)，可靠性要求高。調(diào)度運(yùn)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(jì)運(yùn)行等要求。調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)可以全面提高渠系運(yùn)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(yùn)行控制決策支持系統(tǒng)，對(duì)渠道安全運(yùn)行具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】南水北調(diào)；構(gòu)建；風(fēng)險(xiǎn)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(duì)調(diào)水工程的自動(dòng)化進(jìn)行研究，其最早對(duì)調(diào)水工程自動(dòng)化實(shí)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(dòng)化設(shè)備，同時(shí)，提出了調(diào)水工程自動(dòng)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(gè)適用于調(diào)水工程的自動(dòng)閘門，該閘門的安裝使得該地區(qū)的灌溉工程能夠自動(dòng)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(yùn)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(yùn)行自動(dòng)化研究始于20世紀(jì)70年代，我國在渠系調(diào)度自動(dòng)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(yàn)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(duì)調(diào)水工程運(yùn)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(dòng)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(yùn)行系統(tǒng)框架構(gòu)建

2.1整體性原則

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先考慮的是系統(tǒng)的整體性原則。對(duì)于一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)需要整體規(guī)劃，建立統(tǒng)一的管理平臺(tái)進(jìn)而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)集中管理，其中還需建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。先對(duì)總體進(jìn)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(jí)管理機(jī)構(gòu)南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，之后二級(jí)管理局，最后的三級(jí)各縣（市/區(qū)）的管理處。

2.2實(shí)用性原則

一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是否實(shí)用性，是客戶最關(guān)心的地方，故為了達(dá)到實(shí)用性的目的，在設(shè)計(jì)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(shí)際情況和現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)南水北調(diào)東線進(jìn)行調(diào)控，滿足工程的實(shí)際需求。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮到未來很長一段實(shí)際上能保持國內(nèi)領(lǐng)先水平，才算的上真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)用性原則。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇國內(nèi)外成熟穩(wěn)定且具有一定先進(jìn)性的技術(shù)完成對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.3簡易性原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面具有簡潔性、易操作性和人性化的特點(diǎn)，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(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到操作人員（用戶）的特點(diǎn)，進(jìn)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(xiǎn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(yùn)行主要分為汛期及非汛期，工程運(yùn)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(yùn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)率計(jì)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(xiǎn)情況及經(jīng)濟(jì)損失， 輸水期失事后果分析主要參考江水北調(diào)運(yùn)行期 、南水北調(diào)東線工程試運(yùn)行階段的湖泊險(xiǎn)情及輸水損失 ，并分析非汛期和輸水期工況改變對(duì)調(diào)輸水的影響.分析結(jié)果表明：在汛期洪澤湖風(fēng)險(xiǎn)較高，風(fēng)險(xiǎn)率等級(jí)。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(xiǎn)中等 ；駱馬湖風(fēng)險(xiǎn)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(duì)穿堤涵閘及其他建筑物進(jìn)行重建或加固，對(duì)蓄水湖泊的部分險(xiǎn)工段進(jìn)行防滲處理 ，在汛期同樣工況情況下 ，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均有一定程度的降低。

4.對(duì)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(jì)暢通運(yùn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，制定如下提水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)及對(duì)策：注重泵站系統(tǒng)的巡視 、維護(hù)和保養(yǎng)；進(jìn)一步完善泵站樞紐管理體制；提高泵站自動(dòng)化程度， 保障工程效益發(fā)揮 ；定期進(jìn)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(xiǎn) .通過以上風(fēng)險(xiǎn)管理措施 ，有效規(guī)避和降低泵站的失效風(fēng)險(xiǎn) ，保障泵站的安全運(yùn)行.輸水河道風(fēng)險(xiǎn)主要影響因素為人為穿堤采煤及地下水開采.針對(duì)堤防工程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，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(xiǎn).主要的非工程措施有：劃分堤防安全等級(jí) ；落實(shí)穿堤采煤報(bào)批手續(xù) ，事前在預(yù)沉區(qū)內(nèi)采取應(yīng)對(duì)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(qiáng)信息化建設(shè) ，及時(shí)獲得水情信息 ；實(shí)施堤防工程安全實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)等。主要的工程措施有：復(fù)合堤頂高程 ，對(duì)堤防進(jìn)行加固、提高；當(dāng)遭遇滲透風(fēng)險(xiǎn)時(shí) ，提高堤身和堤基抵抗?jié)B透破壞的能力， 同時(shí)降低滲流的破壞能力；當(dāng)遭遇邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí) ，采用 “上部削坡與下部固腳壓重”，對(duì)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(yùn)行是非常復(fù)雜的，特別是實(shí)施自動(dòng)控制的渠道，實(shí)時(shí)強(qiáng)，可靠性要求高。運(yùn)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(jì)運(yùn)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(yùn)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(yùn)行控制決策支持系統(tǒng)，對(duì)渠道安全運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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