水資源調度監控論文

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1概述

加強黃河水資源統一管理、實施黃河水量統一調度，是實現黃河水資源優化配置，確保黃河不斷流，使有限的黃河水資源最大限度地發揮社會效益、環境效益和生態效益的重要措施之一。而黃河下游94座引黃涵閘能否實現科學有效地實時監測、控制與調度，是解決下游斷流、實現黃河水資源優化配置的關鍵所在。目前，黃河水量調度監控技術手段比較落后，不能適應日益強化的黃河水資源管理和水量調度工作的需要。雖然黃河連續兩個大旱之年不斷流，但背后凝聚了多少水調工作者的辛勤汗水和艱苦努力，“綠色頌歌”的譜寫確實來之不易。“黃河水資源管理調度監控指揮系統”，正是立足于黃河水資源統一管理調度和優化配置，利用現代信息技術和控制技術，為合理利用黃河水資源、確保黃河不斷流提供了有力的技術支撐。

2系統設計思想

遵循黃委黃河水資源統一管理、水量統一調度、總量控制、分級管理、分級負責和系統科學先進、經濟實用的原則，立足于現有黃河廣域網系統和無線接入通信網系統，實現黃河水資源調度管理的遠程監測與控制，確保黃河水調控制斷面下泄流量不低于控制指標；根據黃河可供水量指標和引黃用水單位需水量，實現黃河水資源訂單供水網絡化管理，實時調配各個控制河段之間涵閘引水流量，達到可供水量的優化配置、合理調度；同時提高涵閘監控管理自動化水平，實現流量及預付水費水量自動控制、超量引水自動報警提示與調控，以及遠程控制涵閘運行安全保護等功能。

2.1系統設計的科學性、先進性

以先進的調度系統，科學的調度手段作保證，提高水量調度的科學性、合理性、時效性：

1通過黃河計算機廣域網、黃河通信系統和公網資源，實現對涵閘運行狀況、運行參數的遠程實時監測與監視；

2根據控制權優先級原則，實現對涵閘運行分級限權遠程控制管理；

3改善涵閘管理條件，提高涵閘自動化管理水平；

4通過電子地圖、電子表格，直觀、動態、實時顯示涵閘運行參數和運行狀態，達到決策可視化效果；

5實現黃河訂單供水申請、審批和引水的網絡化管理；

6根據訂單批準水量和預付水費水量，實現計算機自動控制引水；

7預留多種擴展接口，可以隨時添加其他功能的傳感器；

8系統具有較強的兼容性，可直接與有關控制中心網絡系統聯網，實現資源共享。

2.2系統運行的可靠性、安全性

系統的設計，充分考慮了涵閘本身的安全性、計算機網絡和通訊系統的特點、以及水位、天氣、人為等其他因素對系統的影響情況等，建立了自動報警系統，確保涵閘運行和遠程控制萬無一失。同時，系統數據的采集、分析、整理、存儲、查詢，也充分滿足了實時監測和遠程控制的需要。

2.3系統開發的兼容性、共享性

系統設計和所采集的數據資源具有良好的開放性和兼容性，能夠較好被其他相關網絡系統查詢和應用，實現水量調度資源的共享、共用，從而提高資源的利用效率。系統開發研制具有前瞻性，充分考慮系統的擴展和升級，始終保持系統的科學先進特點。

3系統研制的主要內容

建設黃河水資源管理調度監控指揮系統。該系統包含市河務局指揮中心、各縣河務局監控中心、涵閘監控站。市、縣河務局中心主要包括監控計算機、打印機、管理軟件和大屏幕投影設備，涵閘控制站包括監控設備、安全保護裝置、計算機、運行軟件和遠程通信系統。市河務局指揮中心通過黃河廣域網與縣局監控中心聯網，縣局監控中心通過無線接入通信系統與前端控制站連接，從而實現對涵閘運行狀態和運行參數的遠程實時監測與控制，實現對黃河水資源訂單供水的網絡化管理。

4系統工作原理

前端閘位控制器、信息顯示屏、水位傳感器、電壓、電流傳感器分別有1片單片機與涵閘監控站的計算機通過4芯電纜實現遠程多機串行通信。閘位控制器通過霍爾器件實時記錄閘位變化，通過繼電器等功率器件控制啟閉電機，通過單片機與計算機通信，實現遠程監測與控制。水位控制器實時采集閘前水位，并發送給計算機。計算機根據閘位、水位高度查找流量曲線，得到流量，并把閘門啟閉高度、閘前水位和流量數據發送到閘房內的信息顯示屏和遠端控制計算機。縣河務局的計算機通過調制解調器與涵閘值班室的計算機通信，市局計算機通過黃河計算機廣域網與縣局計算機通信，從而達到獲取涵閘運行狀態信息數據與遠程監測控制涵閘的目的。當閘前水位抬高，引水流量超過批準引水流量時，系統報警提示并自動調控。當水閘升降到設定的極限高度，接觸到限位開關，自動切斷涵閘電源，閘門停止升降。當涵閘降落過程中遇到障礙物，克服一定向上頂壓絲杠力后，承重彈簧被壓縮，接觸到行程開關，自動切斷涵閘電源，閘門停止降落。閘位控制器、水位傳感器均安裝備用電源和存儲器，在通信中斷或沒有市電時，系統自動切換到備用電源，單片機仍然正常工作并自動記錄閘位、水位，存到存儲器里面，待市電和通信正常后再把這些數據自動寫入數據庫。

5系統綜合功能

實現黃河水資源的中央控制、限權管理、分級負責、科學調度、優化配置、實時監督、遠程控制之目的，為黃河水資源統一管理、統一調度提供強有力的技術保障：

(1)實時監測。通過黃河計算機廣域網和無線接入通信網，進行實時數據傳輸，各級水調部門實現對其所屬供水管理單位執行水調命令情況、涵閘運行狀況、運行參數進行遠程實時監測；

(2)遠程監視。通過閘前、閘室、前端監控站視頻采集系統，遠程監視涵閘運行過程。

(3)遠程控制。根據中央集權和控制權優先級原則，實施分級限權管理，實現調度監控指揮中心的集中控制和上級對下級水量調度實施有效的遠程控制與調節。當有權限的計算機控制中心實現對指定涵閘的控制時，該控制中心以下各級子控中心和前端控制站均無權啟閉所指定的涵閘；

(4)電子地圖、電子表格綜合控制。

(5)黃河水資源訂單供水網絡化管理。縣、市局網上申請訂單用水指標，上級網上審核、網上下達批準的流量和水量，各級根據分配流量、水量，實時監控下級批準流量、水量引用情況，若引水超過批準指標，系統報警提示，并自動予以調整。

(6)預付水費水量自動控制放水。輸入用水戶預付水費數額和用水戶需水時段，計算機自動計算供水量和平均流量，并在上級分配的用水指標范圍內自動控制放水，任務完成后，計算機自動關閉涵閘，并計算出實時水費數額，通知用水單位；

(7)流量自動調整和控制。前端計算機依照市局分配流量，根據閘前水位變化情況，在實際引水流量超過分配流量5%時，自動調整閘門啟閉高度，以控制流量不超標；

(8)安全運行保護裝置。實現限位保護、斷電數據保護、閘門運行(啟、閉)異常保護等功能，確保涵閘遠程控制安全、有效。

(9)自動報警系統。當引水量達到審批水量、引水流量超過批準流量、閘前水位超警戒水位、涵閘在遠程控制中遇到故障，系統自動報警，并采取相應的安全保護控制措施。

(10)水調命令網上公告欄。實現水調命令的網上，提高其實效性。

(11)自動生成、存儲、打印各級、各類水資源報表，建立統一、完善、兼容性好的綜合信息數據庫，便于各級查詢和調用。

6系統主要技術指標

(1)工作電壓:AC220V；

(2)前端計算機采集存儲數據平均間隔時間≤10分鐘。

(3)閘位傳感器分辨率0.3mm，測量誤差≤1mm；

(4)水位傳感器測量誤差≤5mm；

(5)流量測量誤差≤5%；

(6)閘室顯示屏顯示數據無誤差實時顯示，閘位、閘前水位精確到厘米，流量保留兩位小數。

(7)室外顯示屏滾動顯示閘位、水位、流量，10分鐘變換一次實時數據。

(8)閘門運行異常保護裝置在閘門正常啟閉時不能出現動作，當閘門運行出現異常時，異常行程≤3mm時切斷電源。

(9)斷電記憶裝置應在斷電的同時啟動，后備電源能保證停電167h以上用電。

(10)值班室—前端控制器通信速率1200bps，縣局—涵閘值班室通信速率9600bps；

(11)縣局至前端網絡連接中斷，30秒鐘內自動重撥連接。

(12)系統平均無故障工作時間(MTBF):2000小時；涵閘前端平均無故障工作時間(MTBF):10000小時；

(13)最小維修時間（MTTR）：1小時；

(14)工作環境溫度：-10~50℃；

(15)儲藏溫度：-30~70℃。

7系統建設的實施情況

為保證本系統的科學合理、先進實用和安全可靠，我們先后多次組織人員對一些研制安裝監測系統的單位進行了考查和學習，并查閱了大量國內外有關資料。在此基礎上，應用計算機軟硬件技術、先進的電子技術和傳感器技術，在原陽縣河務局柳園閘進行了“涵閘自動化遠程實時監控管理系統”的研制開發。

經過幾年來的不斷實踐和反復試驗，并經過不斷的完善和提高，2002年3月，體現“數字水調”思想的“黃河水資源管理調度監控指揮系統”的開發、研制、設計和試運行工作全部完成，系統的整體性能和綜合控制功能，以及系統的科學性、先進性、安全性和可靠性已完全能夠滿足黃河水資源統一管理調度的數字化管理需要。

2002年4月29日，河南省科學技術廳組織的鑒定委員會專家對該系統整體運行情況和各項功能進行了現場測試，并在鄭州召開了成果鑒定會，經過認真的分析、研究和討論，鑒定委員會一致認為，“該項成果達到了同類研究國內領先水平，經濟、社會效益顯著，推廣應用前景廣闊”。

系統鑒定后，我局已在原陽縣黃河河務局韓董莊、柳園、祥符朱引黃閘推廣，并投入了水資源調度管理應用，實現了省、市、縣河務局對原陽三座涵閘的遠程實時監控，在今年的黃河水量調度工作中發揮了積極作用，取得了十分顯著效果，達到了系統設計目的。

6月13日，李國英主任等黃委領導在專程考察該系統后指出，新鄉市局開發的黃河水資源管理調度監控指揮系統是適應我們現在整個黃河下游目前微波通信條件下涵閘遠程監控的一套系統，該系統是具有廣泛推廣意義的系統，適合黃河下游推廣應用。

8社會效益和經濟效益分析

系統推廣應用后，各級領導和水調工作者坐在辦公室，足不出門，通過電子綜合顯示屏和動態電子表格，實時了解轄區內水資源調度管理整體運行情況，且根據控制權優先級原則，實施遠程調度與控制，較之目前督察組沿河督察，工作效率提高幾十、上百倍，而且調控質量大大提高，較好保證了有限黃河水資源優化配置和本地區黃河控制斷面下泄流量不低于控制標準，為確保黃河不斷流提供了可靠技術保證。系統設計過程中充分考慮了系統運行的安全性和可靠性，確保了遠程控制安全有效，避免了供水工作中多引少報、少引多報、引水不報和有令不行、有禁不止、擅自開閘現象的發生，從而增強了各級水調部門的責任心，維護了水調工作的權威性和嚴肅性。由于系統的建設立足于現有的黃河計算機廣域網和黃河無線接入通信系統，大大降低了系統建設成本，性能價格比遠遠優于其他同類系統，為系統的推廣應用奠定了堅實的基礎。

結束語

隨著“數字黃河”治黃新理念的提出和實施，為黃河水資源統一管理和水量統一調度實現自動化、網絡化管理提供了廣闊的發展空間和大好機遇。黃河水資源短缺、供需矛盾突出的現狀和汪部長提出的確保黃河不斷流的艱巨任務，使黃河“數字水調”系統的推廣應用更加迫在眉睫，新鄉市河務局將全面建設和完善新鄉黃河水資源管理調度監控指揮系統，并加大推廣力度，為更好地實現黃委提出的“數字黃河”建設目標做出應有的貢獻。