小浪底引黃工程水利信息自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

晉浩淼

（山西小浪底引黃工程有限公司，山西 垣曲 043700）

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程是山西大水網(wǎng)規(guī)劃中兩縱十橫的第九橫，是自黃河干流上的小浪底水庫(kù)庫(kù)區(qū)提水，向涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程，任務(wù)是解決運(yùn)城市鹽湖、夏縣、垣曲、聞喜、絳縣等5 個(gè)縣（區(qū)）的農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和城鎮(zhèn)生活及生態(tài)用水問(wèn)題。工程設(shè)計(jì)年總引水量2.47 億m3，其中工業(yè)引水量1.16 億m3，農(nóng)業(yè)引水量1.16 億m3，生態(tài)引水量0.15億m3。目前已建的主要建筑物包括輸水線路、進(jìn)水塔、泵站、調(diào)蓄水庫(kù)和末端出水池等。

2 系統(tǒng)建設(shè)的必要性

根據(jù)目前引水干線進(jìn)度情況和灌區(qū)及供水工程批復(fù)情況，工程首先發(fā)揮的效益為涑水河生態(tài)補(bǔ)水，由于小浪底引黃工程水工建筑物多，分布廣，輸水隧洞距離長(zhǎng)，沿線地質(zhì)情況復(fù)雜，為保證全線各種機(jī)電設(shè)備和水工建筑物的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證涑水河生態(tài)補(bǔ)水穩(wěn)定運(yùn)行，需建設(shè)并有效整合泵站、水庫(kù)、輸水隧洞、灌區(qū)監(jiān)控、工程安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等工程自動(dòng)化硬件資源。小浪底調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)以GIS 數(shù)據(jù)服務(wù)為基礎(chǔ)，有效融合各類工程運(yùn)行調(diào)度信息，將工程運(yùn)行管理、業(yè)務(wù)管理、輸水調(diào)度管理、辦公自動(dòng)化有機(jī)結(jié)合起來(lái)，集調(diào)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工程安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、水情監(jiān)測(cè)報(bào)告系統(tǒng)、一張圖展示系統(tǒng)、智能化辦公系統(tǒng)、水務(wù)公開(kāi)系統(tǒng)、5G 智能化語(yǔ)音、視頻、多媒體會(huì)議系統(tǒng)、沙盤演示系統(tǒng)、調(diào)度中心供電系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)系統(tǒng)等子系統(tǒng)于一體，打通各系統(tǒng)兼容性壁壘，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)智能化、一體化、規(guī)范化，從而建立了一個(gè)準(zhǔn)確、高效、規(guī)范、全面的智能型水利信息自動(dòng)化系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓補(bǔ)圖

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水利信息自動(dòng)化系統(tǒng)以光纖網(wǎng)絡(luò)為載體，通過(guò)組建內(nèi)部工業(yè)化自愈環(huán)網(wǎng)（詳見(jiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓補(bǔ)圖，圖1）將調(diào)度中心，地下泵站、安全監(jiān)測(cè)站、現(xiàn)地站相連，根據(jù)小浪底工程調(diào)度控制特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)縱向分層、橫向分區(qū)、集成現(xiàn)有、留有端口的結(jié)構(gòu)。

3.1 縱向分層

縱向上，考慮到調(diào)度中心、分中心、現(xiàn)地站在水量調(diào)度、自動(dòng)化控制、工程管理、工程運(yùn)行等方面各自不同的應(yīng)用需求系統(tǒng)在縱向結(jié)構(gòu)上分為三層。第一層：調(diào)度中心層，即調(diào)度中心，負(fù)責(zé)整個(gè)工程調(diào)度及管理，全局性的生產(chǎn)決策、辦公業(yè)務(wù)。第二層：分中心層，即垣曲顯示控制室，負(fù)責(zé)所轄范圍內(nèi)具體的供水及管理，接受調(diào)度中心層的統(tǒng)一調(diào)度。第三層：現(xiàn)地站層（板澗河水庫(kù)、呂莊水庫(kù)），包括灌區(qū)各泵站、水庫(kù)閘室、安全監(jiān)測(cè)站及視頻點(diǎn)等布設(shè)的現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)。

3.2 橫向分區(qū)

橫向分區(qū)指按照計(jì)算機(jī)等級(jí)保護(hù)相關(guān)規(guī)定，將整體系統(tǒng)劃分為不同的管理區(qū)，考慮系統(tǒng)涉及的業(yè)務(wù)應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控、供水調(diào)度、視頻監(jiān)視、辦公自動(dòng)化、視頻會(huì)議等各個(gè)方面，在橫向結(jié)構(gòu)上分為控制區(qū)、管理區(qū)、外網(wǎng)?？刂茀^(qū)是整個(gè)工程網(wǎng)絡(luò)安全級(jí)別最高的網(wǎng)絡(luò)，部署實(shí)時(shí)性要求最強(qiáng)、安全性要求最高的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，在此區(qū)的應(yīng)用系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)閘門、泵站、閥門動(dòng)力環(huán)境等各類信息的綜合監(jiān)視、綜合報(bào)警、綜合報(bào)表等功能，并實(shí)現(xiàn)泵站、閥門、閘門遠(yuǎn)程控制功能；管理區(qū)是整個(gè)工程網(wǎng)絡(luò)用戶最多的網(wǎng)絡(luò)，主要為各種業(yè)務(wù)處理服務(wù)，各業(yè)務(wù)部署在各類應(yīng)用服務(wù)器上，支撐調(diào)度中心、現(xiàn)地泵站、閘站的視頻圖像監(jiān)控、綜合信息管理、輸供水測(cè)量、計(jì)量及計(jì)費(fèi)管理、隧洞安全管理、運(yùn)行管理、移動(dòng)應(yīng)用、辦公管理等系統(tǒng)；外網(wǎng)主要提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，用于日常下載文件、網(wǎng)上信息查詢等?？刂茀^(qū)和管理區(qū)之間通過(guò)網(wǎng)閘實(shí)行物理隔離，外網(wǎng)和管理區(qū)之間通過(guò)防火墻實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)。（橫向分區(qū)見(jiàn)圖2）

圖2 橫向分區(qū)示意圖

3.3 集成現(xiàn)有

地下泵站自動(dòng)化系統(tǒng)正在建設(shè)，在系統(tǒng)集成時(shí)需實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)和信息化調(diào)度系統(tǒng)的接入，將各類信息上傳至調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度。

3.4 留有端口

調(diào)度中心為外網(wǎng)的統(tǒng)一出口，在業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)的匯聚層可利用租用公網(wǎng)等方式與小浪底運(yùn)城調(diào)度中心，省大水網(wǎng)調(diào)度中心等調(diào)度中心接入，通過(guò)單雙向網(wǎng)閘等物理互連方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

4.1 提高了工程安全運(yùn)行的可靠度

由于工程是涉及水庫(kù)引調(diào)水、多級(jí)泵站聯(lián)合調(diào)度、調(diào)蓄水庫(kù)進(jìn)出水配合、多閘閥站的綜合復(fù)雜的調(diào)度運(yùn)行模式，因此，信息化靈敏性和快速反應(yīng)的特點(diǎn)可以充分地發(fā)揮出來(lái)，當(dāng)一級(jí)泵站發(fā)生事故或者故障后都會(huì)對(duì)前面泵站的供水和后面運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，信息化系統(tǒng)有信息反饋快，響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。可以充分地提高安全運(yùn)行的可靠度。同時(shí)工程通過(guò)現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)建立工程安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)，可以及時(shí)反饋工程運(yùn)行安全，對(duì)工程安全進(jìn)行合理的趨勢(shì)分析和預(yù)判。避免工程發(fā)生重特大事故概率。

4.2 實(shí)現(xiàn)工程合理調(diào)度運(yùn)行

小浪底引黃工程調(diào)度包含了沿線眾多的水工建筑物的聯(lián)合運(yùn)行管理，在工程設(shè)施日趨完備的條件下，管理設(shè)施的改造更顯得尤為重要。工程管理系統(tǒng)建立后，可實(shí)現(xiàn)引調(diào)水工程各級(jí)泵站機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行，提高裝置效率，節(jié)約能源，減少溢流棄水，提高工程水利用率，使工程可以充分利用現(xiàn)代化的設(shè)備和管理手段實(shí)現(xiàn)工程合理調(diào)度運(yùn)行。

4.3 節(jié)約了工程運(yùn)行的成本

工程建立信息化系統(tǒng)。首先，可以降低運(yùn)行人員的數(shù)量和勞動(dòng)強(qiáng)度。信息化將工程站點(diǎn)進(jìn)行了分類，對(duì)于有管理站的減少了運(yùn)行人員的數(shù)量和勞動(dòng)強(qiáng)度，其次對(duì)于無(wú)人的站點(diǎn)，減少巡檢的次數(shù)，降低了工程維護(hù)的成本。同時(shí)，信息化將工程的檢修備品和備件可以進(jìn)行有效統(tǒng)一的管理，降低了工程資金的占用。

4.4 提高了工程事故處理能力

當(dāng)工程出現(xiàn)事故后的處理能力，是工程安全運(yùn)行的另一項(xiàng)重要內(nèi)容，首先信息化系統(tǒng)及時(shí)的反饋信息有利于事故處理的時(shí)間安排。其次，仿真支持軟件可以對(duì)一些工程的事故產(chǎn)生預(yù)判，提高工程防護(hù)意識(shí)?？梢钥焖俚卣{(diào)取應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)調(diào)整前后泵站、閘閥站的運(yùn)行。即使在出現(xiàn)特殊事故的狀態(tài)下，通過(guò)視頻支持軟件可以幫助領(lǐng)導(dǎo)、專家在異地及時(shí)了解情況，盡快做出應(yīng)對(duì)方案。

4.5 為現(xiàn)代化水利工程管理奠定了基礎(chǔ)

水利信息自動(dòng)化改變以往工程管理的模式，過(guò)去的行政管理為主，分級(jí)下達(dá)調(diào)度運(yùn)行指令。而信息化系統(tǒng)建立后整個(gè)工程將圍繞著調(diào)度（分）中心進(jìn)行科學(xué)的現(xiàn)代化調(diào)度運(yùn)行管理。有效降低了對(duì)于工程運(yùn)行的行政管理人員、運(yùn)行操作人員、運(yùn)行維護(hù)人員以及后勤保障人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。

5 結(jié)語(yǔ)

水利信息自動(dòng)化系統(tǒng)可提高整個(gè)小浪底引黃工程的現(xiàn)代化管理水平，增強(qiáng)管理效率，降低管理成本，適應(yīng)現(xiàn)代水利信息自動(dòng)化發(fā)展的需求，解決了工程供水管理時(shí)空跨度的問(wèn)題，最終可推進(jìn)小浪底工程乃至整個(gè)山西智慧大水網(wǎng)一張圖展示。