淺談大型水閘調(diào)度

淺談大型水閘調(diào)度

　　論文關(guān)鍵詞:水閘調(diào)度　調(diào)度系統(tǒng)　調(diào)度方式

　　論文摘要:文章簡要闡述了水閘調(diào)度,并通過對某工程的水閘調(diào)度案例進行研究,指出水閘調(diào)度應(yīng)注意的一些事項,希望能給一些大型水閘的調(diào)度提供一定的經(jīng)驗。
　　
　　一、水閘調(diào)度
　　
　　 (一)水閘調(diào)度目的
　　為分泄、引用、滯蓄江河天然徑流及調(diào)節(jié)水位或阻擋海水入侵,而對水閘進行的有計劃的運用。總的要求是在保證工程安全的條件下,合理地綜合利用水資源,按照規(guī)定的水利任務(wù)的主次合理分配水量;在防洪運用中,必須與上下游工程相配合;要盡量防止泥沙淤積,延長使用壽命。
　　 (二)控制運用指標(biāo)
　　在水閘調(diào)度中用作控制條件的一系列特征水位與流量,主要有:上游最高、最低水位,最大過閘流量及相應(yīng)單寬流量,最大水位差,興利水位及興利引水流量等。允許雙向運用的水閘應(yīng)有相應(yīng)的上述指標(biāo)。這些指標(biāo),應(yīng)根據(jù)水閘設(shè)計中規(guī)定的相應(yīng)特征水位,考慮工程建設(shè)和安全情況、國民各部門的現(xiàn)實要求、水文數(shù)據(jù)的變化等具體情況研究確定。
　　 (三)調(diào)度計劃
　　由水閘管理單位根據(jù)控制運用指標(biāo),結(jié)合工程具體情況和有關(guān)方面的合理要求,參照水文規(guī)律和工程運用經(jīng)驗及當(dāng)年水情預(yù)報等制定,內(nèi)容包括:各時期的控制水位、流量及運行方式等。在實際調(diào)度過程中,應(yīng)在計劃規(guī)定的范圍內(nèi)運用,如因特殊情況需要在規(guī)定的上、下限指標(biāo)范圍外運用時,須經(jīng)過驗算及鑒定。
　　 (四)調(diào)度方式
　　為滿足既定的水利任務(wù)如防洪、灌溉、發(fā)電等而制定的具體運用規(guī)則,它是水閘安全地、經(jīng)濟地運行的關(guān)鍵。
　　
　　二、某水利工程概述
　　
　　某水利工程是一個以防洪、發(fā)電為主,兼顧灌溉、養(yǎng)殖的綜合利用水利樞紐工程。樞紐控制流域面積46800km2,多年平均流量1250m3/s,樞紐總庫容24億m3;水庫校核洪水位91.52m(P=0.1%),相應(yīng)下游校核洪水位90.95m,對應(yīng)泄洪流量為42000 m3/s;水庫設(shè)計洪水位86.43m(P=1%),相應(yīng)下游設(shè)計洪水位86.05m,對應(yīng)泄洪流量為32700 m3/s;水庫正常蓄水位77.5m,有效庫容5.7億m3,下游最低水位為59.79m。該水利工程通過對運用水庫的蓄、泄和擋水等功能,對水資源在時間、空間上按需要進行重新分配。在保證水利工程安全的前提下,綜合利用了水資源。
　　該水利工程位于A市的下游,重點要確保A市的防洪安全和下游防洪任務(wù)以及保證發(fā)電量,所以電站的發(fā)電回水對A市的影響也是一個比較敏感的問題,因此電站的正常發(fā)電運行,對其發(fā)電回水必須控制。同時該工程需要考慮到灌溉、養(yǎng)殖的任務(wù),總體情況復(fù)雜、要求較高,所以需要依據(jù)科學(xué)的系統(tǒng)工程理論,擬定最優(yōu)調(diào)度運用方式,建立自動化調(diào)度系統(tǒng),逐步實現(xiàn)水利調(diào)度的最優(yōu)化、自動化。
　　
　　三、水閘自動化監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)
　　
　　 (一)系統(tǒng)的硬件組成
　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計由多圈絕對值編碼器閘門開度儀、Profibus-DP接口、Profibus-DP總線、可編程控制器、監(jiān)控計算機等組成。
　　 (二)系統(tǒng)的軟件組成
　　主要監(jiān)控計算機與各級控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接,對整個閘門系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制和保護。
　　 (三)系統(tǒng)實際應(yīng)用
　　系統(tǒng)從功能一般可劃分為4個層次:操作層(水閘監(jiān)測)、控制層(分中心)、調(diào)度層(中心)、信息網(wǎng)絡(luò)。
　　1.操作層設(shè)在各基層水閘管理單位,負(fù)責(zé)采集閘內(nèi)外水位、雨量、閘位、閘門開關(guān)量、水泵開關(guān)量等相關(guān)數(shù)據(jù),并接受有關(guān)控制信息。
　　2.控制層(分中心)按片或區(qū)縣設(shè)置,每個水利片或區(qū)縣一個調(diào)度分中心,它處于整個系統(tǒng)的中間層,是連接基層與決策層的紐帶。對上聯(lián)系著調(diào)度總中心,對下接收所轄水閘監(jiān)測站的水情工況數(shù)據(jù),并處理后上傳給調(diào)動總中心,同時接受調(diào)度總中心下發(fā)的調(diào)度指令。
　　3.調(diào)度層(中心)則是整個系統(tǒng)的指揮中心,它負(fù)責(zé)接收監(jiān)測點傳來的水情工況數(shù)據(jù)(包括視頻圖像),并進行遠(yuǎn)程監(jiān)測;備份各監(jiān)測點水情工況的數(shù)據(jù);對接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理,專家決策,提出調(diào)度方案。
　　 (四)信息網(wǎng)絡(luò)
　　網(wǎng)絡(luò)模型是整個水閘調(diào)度信息系統(tǒng)的基礎(chǔ),其目標(biāo)是形成一個安全、穩(wěn)定為綜合業(yè)務(wù)服務(wù)的IP數(shù)字通道。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計包括信道設(shè)計,網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計,網(wǎng)絡(luò)運營維護設(shè)計等內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計要按以下原則來進行:
　　1.合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計,要求網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有如下特點:可靠性,易維護,性能價格比優(yōu)良,配置靈活,便于集中管理,可擴展,最大限度保護已有,便于維護的安全。
　　2.各部門間通過子網(wǎng)劃分保持互相獨立。
　　3.結(jié)構(gòu)化布線,建立高速網(wǎng)絡(luò)。
　　4.設(shè)備選型和配置時要滿足擴展能力、支持多業(yè)務(wù)服務(wù)、大數(shù)據(jù)量的突發(fā)服務(wù)響應(yīng)能力等應(yīng)用需求。
　　5.采用現(xiàn)場總線方案將監(jiān)控設(shè)備連接起來,以構(gòu)成了一個穩(wěn)定、易于擴充的硬件。傳輸介質(zhì)采用屏蔽雙絞線,系統(tǒng)采用總線式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),各設(shè)備采用總線接插件連入總線。PLC具有總線訪問的權(quán)限,可以讀取水位計,閘門開度儀等的實時數(shù)據(jù),從而達到監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài)的目的。
　　
　　四、水閘調(diào)度方式
　　
　　 (一)分洪閘調(diào)度
　　分洪閘以A市作為防洪保護區(qū)代表站和閘前的水位(或流量)作為控制條件。根據(jù)上游水情及分洪閘以下河道的安全泄量情況,適時開閘分泄超額洪水入分洪道或分洪區(qū),并根據(jù)水情及防汛情況及時調(diào)整分洪流量,以充分利用河道泄洪能力及減少分洪損失。同時充分考慮發(fā)電所需水量,在一般情況下,電站正常發(fā)電回水位在A大橋處應(yīng)控制在78.5m以下,其相應(yīng)的入庫流量為4800 m3/s。而在天然情況下,A大橋水位78.5m其相應(yīng)流量約為9000 m3/s,因此,水庫發(fā)電運行調(diào)度要重點研究入庫流量4800 m3/s～9000 m3/s時,保證A大橋處的水位不超過78.5m的相應(yīng)措施。當(dāng)入庫流量超過9000 m3/s時,為減少對A市水位的影響,水庫必須騰空,經(jīng)研究水庫水位維持72.5m,對A大橋的水位基本沒有影響,因此水庫騰空至72.5m時,為方便回蓄,水位可維持不變。當(dāng)洪水更大時,分洪閘敞開泄洪。
　　根據(jù)水電站的水情自動測報系統(tǒng)持續(xù)提供的24h精確的流量預(yù)報,發(fā)電調(diào)度可以根據(jù)24h預(yù)報入庫流量進行,按上述要求,結(jié)合閘門模型試驗成果,發(fā)電調(diào)度可分三個流量段進行:
　　1.當(dāng)24h預(yù)報入庫流量小于4800 m3/s時,維持正常蓄水位77.5m運行,結(jié)合面臨流量的大小,由廠房發(fā)電與泄水閘Ⅰ區(qū)8孔聯(lián)合運行調(diào)度閘門的啟閉控泄流量。
　　2.當(dāng)24h預(yù)報入庫流量在4800 m3/s～9000 m3/s之間時,為保證柳江大橋水位不超過78.5m,又方便水庫回蓄,按壩前水位、預(yù)報流量及面臨流量進行調(diào)蓄調(diào)度,由泄水閘Ⅰ區(qū)8孔和Ⅱ區(qū)10孔共同以相同的閘門開度均勻啟閉進行控泄。
　　3.當(dāng)24h預(yù)報入庫流量大于9000 m3/s時,水庫泄至72.5m。洪水再大,18孔泄水閘敞開泄洪。當(dāng)洪峰過后,直至預(yù)報入庫流量小于4800 m3/s、面臨流量小于8200 m3/s時,水庫逐漸回蓄至77.5m,恢復(fù)正常發(fā)電運行。為滿足蓄泄期間的通航水位變幅要求,每小時蓄泄變化的流量不大于1000 m3/s。
　　 (二)擋潮閘調(diào)度
　　主要考慮到該工程年降雨不平均、汛期徑流量大的因素,為阻擋高潮入侵,以滿足排澇、防洪、灌溉、航運等方面的要求。采取分季節(jié)分級控制河網(wǎng)水位、根據(jù)氣象水文預(yù)報提前排水和及時蓄水,使排澇與灌溉均得到較好滿足�？刂坪泳W(wǎng)水位時,也考慮航運的要求。同時十分重視擋潮閘前淤積問題,充分利用潮水和汛前泄水沖淤。
　　 (三)排水閘調(diào)度
　　及時的排除澇水,控制閘上水位不超過耕作要求的水位。在汛期外河水位高漲時,及時關(guān)閘,防止倒灌,并利用外河水位短期回落時機開閘搶排澇水。在汛后,外河水位低于閘內(nèi)水位時,即開閘排水,以使盡可能多的土地進行耕種。對于灌排兩用閘,當(dāng)灌溉季節(jié)遇到干旱年份應(yīng)根據(jù)農(nóng)田需要,適時開閘引水灌溉。并根據(jù)河道自然條件在魚苗旺發(fā)期引水“灌江納苗”,將魚苗送入閘內(nèi)河道。
　　 (四)進水閘調(diào)度
　　根據(jù)灌區(qū)和電站的需水要求,及考慮到外河水位的變化,有計劃地引水。趁外河漲水時機及時開閘引水,使湖泊水庫盡快充滿。
　　
　　五、結(jié)語
　　
　　水閘的調(diào)度,關(guān)系到水利工程的安全和國民各部門對除害興利、綜合利用水資源的要求,應(yīng)根據(jù)其承擔(dān)任務(wù)的主次關(guān)系及相互結(jié)合情況,建立科學(xué)的調(diào)度方案,對水閘的整個運營過程進行動態(tài)監(jiān)控和優(yōu)化,處理好防洪與興利的關(guān)系直至共同達到整體綜合最優(yōu)效益。

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