南水北调工程调度运行信息化系统设计分析

林静 康立斌

【摘要】调水工程调度运行是非常复杂的，特别是对于实施自动控制的调水工程，实时强，可靠性要求高。调度运行既要保证工程安全和供水目标，又要满足水资源优化配置、经济运行等要求。调度运行系统可以全面提高渠系运行调度水平，提高水资源利用率。开发具有调度决策、仿真模拟、安全预警、保障为一体的调水工程调度运行控制决策支持系统，对渠道安全运行具有重要意义。

【关键词】南水北调；构建；风险分析

1.国内外相关内容研究概况

1.1国外研究现状

早在1930年，外国许多国家就开始对调水工程的自动化进行研究，其最早对调水工程自动化实践的是法国Neyrpic公司。Neyrpic公司制作出适用于明渠调水工程自动化设备，同时，提出了调水工程自动化的控制方式。于1937年阿尔及利亚地区安装了全世界第一个适用于调水工程的自动闸门，该闸门的安装使得该地区的灌溉工程能够自动调节调水，其中AMIL闸门能够最大输出流量是10m3/s 。1952年，美国Friant-kem渠道和Columbia Basin程安装了由美国垦务局开发的Little-M an算法，并运行成功。

1.2国内研究现状

我国现代渠道输水调度运行自动化研究始于20世纪70年代，我国在渠系调度自动化方面与国外差距巨大，目前绝大多数渠道输水靠人工经验调度。1970年以后，伴随大型跨流域调水工程的修建，我国对调水工程运行要求越来越高，国内高校和相关单位在调水工程自动化的研究取得了显著的成果。在1977年至1982年期间，研发了采用分离元件设备的水利监控系统，且目前一些系统还在使用。

2.调水工程调度运行系统框架构建

2.1整体性原则

在设计系统时，首先考虑的是系统的整体性原则。对于一个独立的系统需要整体规划，建立统一的管理平台进而对整个系统集中管理，其中还需建立统一的数据库。先对总体进行集中管理，然后在集中管理的基础与约束下分散控制。如南水北调东线工程先总体的一级管理机构南水北调东线山东干线有限责任公司，之后二级管理局，最后的三级各县（市/区）的管理处。

2.2实用性原则

一个系统设计的是否实用性，是客户最关心的地方，故为了达到实用性的目的，在设计之初必须做好需求分析。本系统应从南水北调东线的实际情况和现实需求出发，能够实现对南水北调东线进行调控，满足工程的实际需求。在系统实现的基础上，充分考虑到未来很长一段实际上能保持国内领先水平，才算的上真正实现系统的实用性原则。因此，在系统设计时，需要选择国内外成熟稳定且具有一定先进性的技术完成对系统的设计。

2.3简易性原则

系统设计界面具有简洁性、易操作性和人性化的特点，尽量不需操作人员的培训，具备在帮助功能，具有提示功能。在设计时，应当考虑到操作人员（用户）的特点，进行具体分析，具有一定的逻辑性，以便适用不同人员的操作。

3. 蓄水系统风险分析

东线工程蓄水系统主要指沿线天然蓄水湖泊。界定蓄水系统的工程运行风险为天然湖泊堤防失事，不能满足规划调蓄功能的要求 。因此 ，除荷载情况需添加风浪作用外 ，上述输水河道工程运行风险评价层次结构蓄水系统水情工情较南水北调东线工程建设前有较大改变 .工程建设前蓄水系统的运行主要分为汛期及非汛期，工程运行期间则主要为汛期和输水期.根据南水北调东线一期工程调度运行方案可知， 蓄水系统汛期工况较之前改变甚微 ，而输水期则意味着湖泊堤防将长期遭遇高水位浸泡。蓄水系统运行风险率计算方法与输水河道相似 ，汛期失事后果分析主要参考湖泊历史出险情况及经济损失， 输水期失事后果分析主要参考江水北调运行期 、南水北调东线工程试运行阶段的湖泊险情及输水损失 ，并分析非汛期和输水期工况改变对调输水的影响.分析结果表明：在汛期洪泽湖风险较高，风险率等级。于 2 ～ 3之间 ，主要表现为行洪期间的风浪漫溢及渗透失事 ；南四湖及东平湖风险中等 ；骆马湖风险较低。与未建设南水北调工程的情况相比，由于工程建设过程中对穿堤涵闸及其他建筑物进行重建或加固，对蓄水湖泊的部分险工段进行防渗处理 ，在汛期同样工况情况下 ，风险等级均有一定程度的降低。

4.对策措施

由于提水系统的大型泵站是南水北调东线的核心工程， 其安全性是保障东线工程按设计畅通运行的重要保障 .根据南水北调东线提水系统的风险评价结果，制定如下提水系统的风险控制技术及对策：注重泵站系统的巡视 、维护和保养；进一步完善泵站枢纽管理体制；提高泵站自动化程度， 保障工程效益发挥 ；定期进行地基监测 ，保障泵站的工程安全；提高泵站枢纽管理人员的素质 ，降低人为技术风险 .通过以上风险管理措施 ，有效规避和降低泵站的失效风险 ，保障泵站的安全运行.输水河道风险主要影响因素为人为穿堤采煤及地下水开采.针对堤防工程中存在的风险，提出采取非工程措施和工程措施并举的方法降低堤防的工程失效风险.主要的非工程措施有：划分堤防安全等级 ；落实穿堤采煤报批手续 ，事前在预沉区内采取应对措施，确保堤防安全及完整 ；严禁河道内无序采砂改变河道水流、水力条件；加强信息化建设 ，及时获得水情信息 ；实施堤防工程安全实时监测系统等。主要的工程措施有：复合堤顶高程 ，对堤防进行加固、提高；当遭遇渗透风险时 ，提高堤身和堤基抵抗渗透破坏的能力， 同时降低渗流的破坏能力；当遭遇边坡失稳风险时 ，采用 “上部削坡与下部固脚压重”，对因渗流作用引起的滑坡， 采取“前堵后排”的工程措施。

5.结束语

调水工程调度运行是非常复杂的，特别是实施自动控制的渠道，实时强，可靠性要求高。运行既要保证工程安全和水资源优化配置，又要满足供水目标、灌溉、经济运行等要求，稍有不慎，就可造成渠道漫堤、淹没泵站、渠堤滑坡等事故或弃水。调度运行决策支持系统是调水工程调度的指挥大脑，开发具有调度决策、仿真模拟、安全预警、保障为一体的调水工程调度运行控制决策支持系统，对渠道安全运行具有重要意义。

参考文献：

[1]陈雷.保护好生命之源、生產之要、生态之基--落实最严格水资源管理制度[J].河南水利与南水北调，2014.

[2]沈振中.水利工程概论[M].中国水利水电出版社，2014.