晋城市水网的数字化水务建设

2013-04-08庞宇林

山西水利科技 2013年1期

庞宇林

（晋城市水利勘测设计院山西晋城 048026）

1 现状

晋城市拥有一个水资源非常丰富、水利项目繁多、管理复杂的综合性水网。其主要利用的河流为沁河、丹河和卫河，其中水电站主要布置在沁河沿岸，包括拴驴泉、杜河、曹河、磨滩、佛圪嘴、河北、曲堤等一大批上世纪60、70年代建设的水电站，现已大都经过技术和设备的更新改造，基本实现了微机自动化管理；较大的供水工程主要包括郭壁、下河泉、东焦河、丹河、磨河、张峰等已建和杜河、东大河等在建项目，已建项目大都在近几年完成，自动化程度相对比较完善；此外还有相当数量和规模的大量中小型水库，2012年底前已完成11座小（Ⅰ）型水库的除险加固任务，到2013年底，又将完成31座小（Ⅱ）型水库的除险加固任务。

如此众多的水利基础工程，足以构成一个丰富而又复杂的供水网络。但针对水网的建设，市里还没有形成一套相对完善、稳定、高效的管理机制，也没有成立类似总调度中心或数字水利中心的机构。水利工程大都各自管理，独自运行，数据得不到及时共享，以致运营效率低下，水资源不能合理分配，供水系统水量造成损失，水利和供水安全得不到保证。

2 建设的必要性

“十二五”期间，晋城市政府提出了科学调度的水资源优化配置思路，由张峰水库供水工程干渠和已建及规划新建的一批骨干供水工程干渠，结合电站、水库组合成“井”字型骨干大水网。以此为框架，逐步实现区域水网与大水网对接，实现晋城所属的沁河、丹河、卫河与各水源工程、供水工程的联合调度。近一年来，晋城市的水网建设逐步展开，但是，要形成稳定可靠、结构合理、配置高效、全面节水的供水网络，提高水资源调控、水利管理和工程运行的信息化水平，必须通过建设快速的数据采集、数据计算和数据分析发布系统来解决，也就是要利用数字化管理在水务系统形成一整套的“数字化水务”解决方案。

3 建设的原则

数字化水务是一项大的系统工程，对于晋城市的水网建设来说，整个项目的实施应按照整体设计，分阶段分块实施。具体到环节建设，需要按照从大到小、从面到点的方针逐步进行。系统应遵循安全性、先进性、实用性、通用性及可冗余性的原则作为设计导向，为整个系统工程搭建一个安全、合理、经济的数字化运行管理平台。

4 建设的目的

晋城市水网的数字化建设，应基于数据采集、数据处理、数据发布、数据共享，通过水利数据监测系统、水利基础数据库及系统信息的建设及多种技术手段，结合水利信息管理、水利信息资源综合开发，确保水网的安全运行和水资源的合理调配，同时，实现水网平衡、降低生产成本和水网水量损失，使整个水系统达到安全经济运行的目的。

5 建设的主要内容

要建设数字化水务系统，首先要建立数字化水务的数学模型以及逻辑关系模型，其中的数学模型建立具有一定难度，可以在实施过程中不断地去摸索，根据现有的管理模式以及今后计划实施的管理方式逐步建立。逻辑关系的模型建立较为简单，可以参考以往运行模式的优良经验，根据这些优良经验，配合将要建设的数字化水务的硬件部分重新优化管理模式。新的管理模式应在多个传感器、多个不同功能系统的基础上建立，最主要的是由多个SCADA系统组成的广域SCADA系统（数据采集系统）、MIS系统（管理信息系统）以及ERP系统（建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台），通过这些系统对水网的水务工作进行数字化管理。

晋城市水务一体化的实施还不是很成熟，根据当前的水网结构，现阶段要建设水网的数字化水务系统，首先要在主要流域、水库、水电站、供水工程几个方面实现数字化和网络化，实现大型水利设施之间的数据共享和相关设施的初期水网平衡。也就是说，由于流域中水电站、供水工程和水库的规模不同，通过数据信息的管理，使河流及沿岸的水电站、水库、大型提水供水设施能够在各自最佳状态下运行并达到初步平衡，既为水网平衡的主要工作，也是现阶段数字化水务建设的主要工作。

对于河流和水库来说，根据汛期和枯水期实时调整河流上下游水库的工作状态，通过监控设施，对主要河流重点入河排污口、水功能区和库容量进行全面监测，消除安全隐患，增强水资源调控能力，为水网平衡调节做基础。

对于水库和水电站来说，水电的优势为通过水库蓄能，在高峰用电和低谷用电之间调整每个水库的需水量，从而使每个水电站达到最高经济效益的同时使整个流域水电站和水库都能达到基本能源平衡。在这个调节过程中，可以通过调度中心根据天气情况，及时改变每个水库水位，尽可能地保持每个水电站的发电用水，并同时提高水库的抗洪能力和抗旱能力，实现真正的流域水网平衡。

对于提水供水系统来说，水泵用电为最大的能源消耗，在调节水池和终端蓄水池保证供水的前提下有效利用谷电来降低生产成本是提水供水系统中最为重要的节能环节。在这样的系统中，可以使用变频技术和先进有效的算法以及自动化测控装置以自动配方的方式加以调节。同时，对调节水池和终端蓄水池的水位以及淤积数据进行监测，为水网平衡提供数据基础。

实现水务数字化，就是实现信息数字化、传递网络化。及时、多方面的信息收集是这项任务的基本工作之一，也是最为关键的工作之一。现在晋城市的大部分水电站和供水系统都已经实现了微机自动化，通过水网的平衡和不断建设，将有许多信息被收集和传递，这个过程可以通过多个不同功能的传感器组成的测量系统以及采集数据的测量控制子系统来完成，然后通过网络和后台将多个测控系统的信息数据整理分类后以图形和数据报表的方式展示给上一级管理部门（水利数字中心或调度中心）。中心根据这些数据经人工或者自动方式通过网络给子系统提供运行数据依据，例如：潮流分析、时间配方分析、设备数据分析、安全分析等，从而实现子系统之间的协调运行和整个系统的安全经济运行，达到水网平衡和数字化管理的目的。

6 功能描述

实现水网的数字化水务建设，可以在系统运行、应急处理、智能调度、生产经营管理等多方面形成很好的保障。

在系统运行方面，可以进行系统事故分析、实时水力模拟和系统的优化、安全运行，并可实时提供水库、水电站和供水管网的数据库，为整个系统及各系统规划、改扩建、施工提供图纸及数据，成为安全生产运行的依据。

在应急处理方面，分析突发事件的类别，科学评估损失，可作为最优决策和处理的辅助，并进行预案、事故紧急停车、灾害应变等安全管理。

在智能调度方面，可以通过数据采集、处理和远程视频监控等技术手段科学调度、合理调配各个环节，取得最大的经济效益和社会效益。

在生产经营管理方面，可以整合生产过程数据，进行数据分析并进行处理，实现消耗、成本、故障、事件等生产数据的查询、统计、分析、预测及报表；同时，通过巡检系统、自控系统、信息来源实时掌握设备的各种信息（运行时间、运行状态、主要运行参数等），实现设备全过程（计划、选型、采购、安装调试、运行、维护、修理、报废等）的网络化动态管理。