岩溶水源地远程调度管理系统浅析：以山西兴县工业基地岩溶水源地为例

□刘若宙

岩溶水是赋存于可溶性岩层的溶蚀裂隙和溶洞中的地下水，又称为喀斯特水，在地层中分布不均。根据岩溶水出露和埋藏条件的不同，可将岩溶水分为裸露型岩溶水、覆盖型岩溶水和埋藏型岩溶水，其主要含HCO3-Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3·SO4 –Ca·Na、Cl-Na,部分地区岩溶水与深层地层熔岩相互侵蚀，致使水中含有过量的F、Pb离子，水中成分复杂。较高含量的S、CL、F对人体有害，不适于作为饮用水源，但部分工业水源可以考虑岩溶水源。随着山西城市建设步伐加快、工业生产规模的扩大、生产能力的提高，岩溶水开采的数量持续上升，山西各地岩溶水水量逐年下降，地下水位呈明显下降趋势。本文以山西兴县工业基地岩溶水源地开发利用工程为研究对象，通过合理规划布设远程监控调度系统，实现对岩溶水源地的实时监测和动态管理，为山西地区进一步开发岩溶水源提供技术参考。

一、工程背景

兴县工业基地水资源综合开发利用工程主要是解决氧化铝项目的工业生产用水、生活用水及沿线居民的人畜饮水问题，魏家滩岩溶水水源是该工程的水源地之一。魏家滩岩溶水源具有典型的岩溶水源地特征，含水层富水性较强、水量充沛，水质受地表水入渗补给影响，水中HCO3-Ca·Mg、HCO3-Na·Ca含量高，适宜作为生活饮用水。本次水源开发供水工程包括3眼深井、1座地面蓄水池及13.92km的供水管线工程,供水沿线设有8座检修阀井、2座流量计井和7座分水阀井，规划对魏家滩岩溶水水源输水系统中8座检修井、7座分水阀井和2座流量计井进行远程监测及控制。

二、岩溶水源地远程监控调度系统布设

为实现对魏家滩岩溶水水源地各泵房的远程调度，初步确定在薛家沟设置管理调度控制中心，在调度中心建立SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)信息化系统，即数据采集与监视控制系统，其系统配置见下图。调度中心通过操作员工作站发出调度、控制指令。测控系统主要包括视频系统、语音系统和自动化调度系统，主要监控设备分布于调水工程中的各流量计井、分水阀井及蓄水池内。

图1 远程监控调度系统布设图

(一)调度中心配电及布置

根据本工程布局规划，结合调度管理中心规模和用电负荷，在薛家沟调度楼附近设一座箱式变电站，变压器容量125KVA，型号为SCB10-125/10，箱式变电站电源“T”接于附近10KV线路上。为保障供电可靠性，通讯机房内设UPS电源，容量为20KVA，作为通讯设备的备用电源。

调度中心所需硬件设备包括服务器、操作站、打印机以及网络设备等，中心采用以太网控制。调度中心另需配置计算机数据服务器、计算机操作员站、工程师站、应用软件工作站。为方便调度信息发布与数据资料的打印，在调度中心另配打印机及屏幕硬拷贝机。调度中心电脑操作系统采用 Windows NT 操作系统或者Unix 系统；远程通讯采用有线通讯方式，即电话专线通讯系统。调度中心站控系统则主要包括操作员站、PLC和数据通讯接口等，操作系统采用 WindowsNT 系统。

(二)调度对象及方式

1.调度对象。本次设计的SCADA信息化系统，调度对象可分为六个部分，分别是薛家沟调度中心、魏家滩调蓄水池、魏家滩1#、2#、3#深井泵房及输水管线。其中薛家沟调度中心是信息化系统的中枢部分，负责对下一级系统的数据信息进行采集、汇总，实现数据的实时记录、管理，并完成相应的动态操作。同时，本监控系统还对输水管线沿线的检修井、分水阀井和流量计井进行远程测控。每座井内设有RTU柜，架设专线提供柜内设备的电源，采用光纤通信技术向调度中心和水源地子系统提供需要监控或数据服务。

2.调度方式。在调度对象的各部分之间分别配置工业以太网交换机或综合以太网设备，节点之间通过单模千兆冗余光纤接口连接，组成封闭的以太光纤环网。环网的各个节点内均可准确而及时地采集现场实时数据和信息，通过实时信息传递、数据共享和信息交换，进行实时分析、处理，实现合理调度运行。

调度中心SCADA系统实时采集现地上传的数据和有关信息，对采集和接收的数据进行合理性、有效性检查和判断；以采集和接收的数据实时更新数据库；将实时数据综合计算、整理成为时段数据；对接收的数据进行报警检查等。当运行状态发生变更或参数超越设定限值时，进行实时记录，自动转入事故、故障的显示，推出相应的事故、故障画面；当进行某项操作时，自动推出相应的操作控制画面与过程监视画面。泵站的各状态量(机组运行状况、运行调度状况)通过光纤通讯线路上送设在薛家沟的调度中心，调度中心可以下达泵站自动化系统的管理决策。

3.供水工程管理调度。供水工程的管理调度和生产调度采用专用通信网组建以语音、数据、图象综合调度自动化为主要业务的光纤网络。以1000Mbps的光纤线路传输速率，构建光纤自愈环及多种拓扑结构的通信网络，提供异步数据、以太网数据、语音等综合接入功能，有效完成了工业过程SCADA系统中的信息承载，为综合(语音数据图象)调度自动化提供更好的通信手段。系统组网采用光纤以太网组成开放式、分层分布式网络，协议为TCP/IP。

4.通信方式。现阶段通讯组网的种类越来越多，目前比较广泛应用的有工业以太网控制网络、现场总线控制网络、RS-485总线控制网络等。综合考虑建设成本、通信速率以及软硬件资源等条件，以及调度系统各监测对象的位置关系，确定通信设备采用工业以太网交换机组成全部通信系统工业以太网，交换机具有提供多个以太网接口，同时提供多个总线式异步数据传输通道等功能，可以配置RS232/485等异步数据接口设备。

调度系统在调度中心通信机房设置一套语音网关设备，该设备与调度中心的程控调度交换机相连。各个控制站点设置接入语音网关及普通电话机，语音网关直接接入站点的工业网络交换机。各个站点视频监控系统采用视频服务器的方式接入站点工业以太网交换机，由调度中心统一解码管理。

三、结束语

加强岩溶水水源保护是山西省部分地区水资源管理及保护的重点工作。从工程技术层面看，要切实做好现有水源地的监测工作，包括对岩溶水水源地的地下水位监测、水质监测、水量开采量的控制等；从管理层面看，要进一步完善岩溶水水资源保护方面的规章制度，坚决贯彻执行国家、省、市、县的各项规章制度，做到有法必依、执法必严、违法必究；从文化宣传方面看，应加强保护水源、关注环境方面的宣传，倡导生态和谐。同时，积极争取各方资金，加快改善已遭破坏的水源地环境，加强存在潜在污染源的水源地保护，切实做到在保护中开发、在利用中保护，确保山西城乡供水安全。