海珠区调水补水工程中水务信息化设计探讨

周伟良 高强 唐清华 孟庆强 李泉

摘 要：海珠区水务工程信息化智慧监控系统是实现海珠区调水补水总承包工程目标最关键的一环，项目建设1个总控中心、4个分控中心、40座闸泵站点的水务信息采集系统（包括视频监控子系统、水雨情监测子系统、网络广播子系统、防入侵子系统）、闸门及水泵的控制系统、联合远程控制平台、视频图像中控平台及联合优化调度平台。

关键词：信息化；调水补水；信息采集；联合自动调度；优化方案

1 概述

海珠区由珠江前、后航道所环绕，区内河网密布，具有南方水乡特色，河涌全部为感潮河涌，较大的河涌有石榴岗河、黄埔涌、赤沙涌、海珠涌、北濠涌、土华涌等[1]。

随着城市化进程的加快，由于人们对环保工作不够重视，加上环境保护投入不足，截污措施相对滞后等原因，大量污水没有经过处理直接排入河涌，受珠江的潮汐影响，内河涌水体往复回荡，不能及时排出，导致河涌水质恶化，乃至黑臭[2]。为此，海珠区河涌管理所开展《海珠区引水补水工程规划深化实施方案》，把珠江前、后航道作为引水水源，通过群闸联控，落潮排水涨潮引水，利用黄埔涌、赤岗涌、赤沙涌、石榴岗河、海珠涌等作为引清通道，采取连通断头涌、新建水闸或泵站、清淤等措施为河涌进行补水，把双向流的河涌变成单向流，以达到冲污换水的目的。

工程信息化建设主要集中在广州市海珠区调水补水工程设计采购施工总承包项目标段三，项目的主要内容为海珠区闸群自动化监控系统（以下简称系统），涉及46座水闸及泵站、1个总控制中心、4个分控制中心、全区重要水闸、泵站的联合自动化控制、联合优化调度子系统的建设。项目包括：（1）信息源子系统建设，包括水情、雨情、工情、灾情采集及水利工程自动化监控的建设。（2）通讯和计算机网络子系统的建设，为各种水利信息的传输和共享提供平台。（3）信息管理、优化调度系统和决策支持子系统建设。

2 信息化设计

2.1 总体架构

系统建设覆盖地域为海珠区全区闸泵站，共有水闸40座。根据系统建设的总体任务、设计原则、需求分析及信息流程分析，系统采用分层分布式结构，总体上可将系统建设分为1个总控制中心、4个分控制中心、40个水闸站控子系统、通信网络、系统软件平台建设部分。

2.2 水闸现场站控子系统

站控子系统是海珠区闸群自动化监控系统的基本组成单位，主要负责各种信号（信息）的采集和执行各种控制指令，具备严格按照操作规程自主运行或手动操作运行的功能，是智能化的系统。

2.3 通信网络子系统

通信网络子系统是系统建设的关键。主要由光端机、工业光纤交换机、汇聚交换机、核心交换机、路由器、防火墙、光纤、无线网桥、必要的光纤跳线及连接设备、天线等构成。其中总控制中心和4个分控制中心交换机组成星型拓扑结构，构成海珠区闸群自动化监控系统主干网，为各种信号传输提供高速、稳定的通信链路，满足系统实时性要求。

2.4 分控制中心

分控制中心是海珠区闸群自动化监控系统信息汇聚和监控处理中心，担负相关水系监控系统运行管理、数据分析处理、信息发布等任务。

2.5 总控制中心

总控制中心是海珠区闸群自动化监控系统的核心，担负闸群自动化监控系统运行管理、数据分析处理、信息发布及数据共享、系统网络管理、综合数据管理等任务。

2.6 系统软件平台

由数据库和各种管理软件、控制软件联合优化调度系统软件构成的系统软件平台是闸群自动化监控系统的灵魂，是系统运行的根据，是系统功能的集中体现。现场站控子系统包括PLC运行监控程序（编制）、监控计算机内置组态软件和视频服务器客户端软件为现场操作提供图形化功能；分控制中心主要有高性能数据采集软件、工控组态软件、实时历史数据库软件、管理分析软件、视频服务器软件及各种软件平台；总控制中心主要有高性能数据采集软件、工控组态软件、实时历史数据库软件、WEB应用服务软件、管理分析软件、联合优化调度系统软件、视频服务器软件、网络版杀毒软件、GPS时间同步软件及各种软件平台。

3 应用效果

目前广州市海珠区调水补水工程项目已实施了1个总控中心、1个会商室、4个分控中心、40座闸泵站点的现地监控子系统、通信网络、系统软件平台等的建设，基本建成了可靠实用、自动规范、信息共享、扩展灵活的系统。

2013年9月至2014年8月，系统完成了试运行，试运行内容如下：（1）远程自动控制系统：管理人员在控制中心通过点击鼠标，操作软件的閘门、水泵、清污机的控制器面板，现场的水闸、水泵、清污机等机电设备在现场无人操作的情况下启动停止。（2）视频安防系统：远程实时显示水闸周围和水面等关键部位情况，图像清晰，控制中心及授权的网络用户可以对云台镜头和辅助开关控制等功能，并能储存录像。（3）水雨情监测：显示各闸泵站的工情、水情、雨情等信息，数据与现场读数一致，并按照设计要求的频率存入实时数据库和历史数据库。（4）网络广播、对讲及安防：管理人员在控制中心可以呼叫现场操作人员并与之对讲，现场无人的情况下可以由控制中心播放广播，闸泵站发生非法侵入的情况时现场发出声光报警。（5）系统联合调度：根据海珠区河网及闸泵站工程实施的实际情况，选取有代表性的石榴岗河流域中的闸泵站，在总控制中心值班人员的监控下，进行计算机全自动控制。

试运行期间，计算机自动判断外江涨退潮准确，基本上能按照事先制定的调度规则对水闸闸门进行自动启闭，相对于人工操作闸门的粗放性，计算机自动启闭闸门能实现较为精细化的管理。通过以后不断的运行完善，计算机自动调度还有很大的完善空间。海珠区石榴岗河流域调水补水方案在计算机自动化控制的基础上，可以进一步优化完善，调度的各项指标参数计算结果能更为精确。

4 结束语

历经一年试运行的完善，系统的调度方案和效果已经基本满足了日常调度的需要，虽然没有流速仪无法自动计算污水是否倒流，但可以通过涨退潮、外江水闸的关闭等条件来完成内涌水闸的关闭。为了及时发现并处理意外事件（如工厂偷排等）以及保证水闸机械设备的安全，不建议在中控室或现场采用无人值守的方式进行调度管理。此外，水闸闸门计算机全自动启闭是建立在日常良好维护基础上的。

参考文献

[1]广州市水务局.广州市市区河涌整治规划[Z].2007.

[2]海珠区河涌管理所.海珠区引水补水工程规划深化实施方案[Z].2008.