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摘要摘要：增加水資源調(diào)度管理的科技含量，利用現(xiàn)代化數(shù)字信息手段，實現(xiàn)水資源調(diào)度管理的遠程實時監(jiān)測和監(jiān)控，是提高監(jiān)控水平、保證監(jiān)控質(zhì)量、提高監(jiān)控工作效率、確保黃河不斷流的重要辦法?；诖四康难兄崎_發(fā)的“黃河水資源管理調(diào)度監(jiān)控指揮系統(tǒng)”，經(jīng)過一年多的運行和省級鑒定表明，系統(tǒng)設計合理、功能強大、平安可靠，先進實用，且成本低、易操作，適用于水資源管理調(diào)度之遠程

摘要：黃河水資源管理調(diào)度監(jiān)控指揮

1概述

加強黃河水資源統(tǒng)一管理、實施黃河水量統(tǒng)一調(diào)度，是實現(xiàn)黃河水資源優(yōu)化配置，確保黃河不斷流，使有限的黃河水資源最大限度地發(fā)揮社會效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益的重要辦法之一。而黃河下游94座引黃涵閘能否實現(xiàn)科學有效地實時監(jiān)測、控制和調(diào)度，是解決下游斷流、實現(xiàn)黃河水資源優(yōu)化配置的關鍵所在。目前，黃河水量調(diào)度監(jiān)控技術手段比較落后，不能適應日益強化的黃河水資源管理和水量調(diào)度工作的需要。雖然黃河連續(xù)兩個大旱之年不斷流，但背后凝聚了多少水調(diào)工作者的辛勤汗水和艱苦努力，“綠色頌歌”的譜寫確實來之不易?！包S河水資源管理調(diào)度監(jiān)控指揮系統(tǒng)”，正是立足于黃河水資源統(tǒng)一管理調(diào)度和優(yōu)化配置，利用現(xiàn)代信息技術和控制技術，為合理利用黃河水資源、確保黃河不斷流提供了有力的技術支撐。

2系統(tǒng)設計思想

遵循黃委黃河水資源統(tǒng)一管理、水量統(tǒng)一調(diào)度、總量控制、分級管理、分級負責和系統(tǒng)科學先進、經(jīng)濟實用的原則，立足于現(xiàn)有黃河廣域網(wǎng)系統(tǒng)和無線接入通信網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)黃河水資源調(diào)度管理的遠程監(jiān)測和控制，確保黃河水調(diào)控制斷面下泄流量不低于控制指標；根據(jù)黃河可供水量指標和引黃用水單位需水量，實現(xiàn)黃河水資源訂單供水網(wǎng)絡化管理，實時調(diào)配各個控制河段之間涵閘引水流量，達到可供水量的優(yōu)化配置、合理調(diào)度；同時提高涵閘監(jiān)控管理自動化水平，實現(xiàn)流量及預付水費水量自動控制、超量引水自動報警提示和調(diào)控，以及遠程控制涵閘運行平安保護等功能。

2.1系統(tǒng)設計的科學性、先進性

以先進的調(diào)度系統(tǒng)，科學的調(diào)度手段作保證，提高水量調(diào)度的科學性、合理性、時效性摘要：

1通過黃河計算機廣域網(wǎng)、黃河通信系統(tǒng)和公網(wǎng)資源，實現(xiàn)對涵閘運行狀況、運行參數(shù)的遠程實時監(jiān)測和監(jiān)視；

2根據(jù)控制權優(yōu)先級原則，實現(xiàn)對涵閘運行分級限權遠程控制管理；

3改善涵閘管理條件，提高涵閘自動化管理水平；

4通過電子地圖、電子表格，直觀、動態(tài)、實時顯示涵閘運行參數(shù)和運行狀態(tài)，達到?jīng)Q策可視化效果；

5實現(xiàn)黃河訂單供水申請、審批和引水的網(wǎng)絡化管理；

6根據(jù)訂單批準水量和預付水費水量，實現(xiàn)計算機自動控制引水；

7預留多種擴展接口，可以隨時添加其他功能的傳感器；

8系統(tǒng)具有較強的兼容性，可直接和有關控制中心網(wǎng)絡系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)資源共享。

2.2系統(tǒng)運行的可靠性、平安性

系統(tǒng)的設計，充分考慮了涵閘本身的平安性、計算機網(wǎng)絡和通訊系統(tǒng)的特征、以及水位、天氣、人為等其他因素對系統(tǒng)的影響情況等，建立了自動報警系統(tǒng)，確保涵閘運行和遠程控制萬無一失。同時，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、分析、整理、存儲、查詢，也充分滿足了實時監(jiān)測和遠程控制的需要。

2.3系統(tǒng)開發(fā)的兼容性、共享性

系統(tǒng)設計和所采集的數(shù)據(jù)資源具有良好的開放性和兼容性，能夠較好被其他相關網(wǎng)絡系統(tǒng)查詢和應用，實現(xiàn)水量調(diào)度資源的共享、共用，從而提高資源的利用效率。系統(tǒng)開發(fā)研制具有前瞻性，充分考慮系統(tǒng)的擴展和升級，始終保持系統(tǒng)的科學先進特征。

3系統(tǒng)研制的主要內(nèi)容

建設黃河水資源管理調(diào)度監(jiān)控指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含市河務局指揮中心、各縣河務局監(jiān)控中心、涵閘監(jiān)控站。市、縣河務局中心主要包括監(jiān)控計算機、打印機、管理軟件和大屏幕投影設備，涵閘控制站包括監(jiān)控設備、平安保護裝置、計算機、運行軟件和遠程通信系統(tǒng)。市河務局指揮中心通過黃河廣域網(wǎng)和縣局監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，縣局監(jiān)控中心通過無線接入通信系統(tǒng)和前端控制站連接，從而實現(xiàn)對涵閘運行狀態(tài)和運行參數(shù)的遠程實時監(jiān)測和控制，實現(xiàn)對黃河水資源訂單供水的網(wǎng)絡化管理。

4系統(tǒng)工作原理

前端閘位控制器、信息顯示屏、水位傳感器、電壓、電流傳感器分別有1片單片機和涵閘監(jiān)控站的計算機通過4芯電纜實現(xiàn)遠程多機串行通信。閘位控制器通過霍爾器件實時記錄閘位變化，通過繼電器等功率器件控制啟閉電機，通過單片機和計算機通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制。水位控制器實時采集閘前水位，并發(fā)送給計算機。計算機根據(jù)閘位、水位高度查找流量曲線，得到流量，并把閘門啟閉高度、閘前水位和流量數(shù)據(jù)發(fā)送到閘房內(nèi)的信息顯示屏和遠端控制計算機?？h河務局的計算機通過調(diào)制解調(diào)器和涵閘值班室的計算機通信，市局計算機通過黃河計算機廣域網(wǎng)和縣局計算機通信，從而達到獲取涵閘運行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)和遠程監(jiān)測控制涵閘的目的。當閘前水位抬高，引水流量超過批準引水流量時，系統(tǒng)報警提示并自動調(diào)控。當水閘升降到設定的極限高度，接觸到限位開關，自動切斷涵閘電源，閘門停止升降。當涵閘降落過程中碰到障礙物，克服一定向上頂壓絲杠力后，承重彈簧被壓縮，接觸到行程開關，自動切斷涵閘電源，閘門停止降落。閘位控制器、水位傳感器均安裝備用電源和存儲器，在通信中斷或沒有市電時，系統(tǒng)自動切換到備用電源，單片機仍然正常工作并自動記錄閘位、水位，存到存儲器里面，待市電和通信正常后再把這些數(shù)據(jù)自動寫入數(shù)據(jù)庫。

5系統(tǒng)綜合功能

實現(xiàn)黃河水資源的中心控制、限權管理、分級負責、科學調(diào)度、優(yōu)化配置、實時監(jiān)督、遠程控制之目的，為黃河水資源統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度提供強有力的技術保障摘要：

(1)實時監(jiān)測。通過黃河計算機廣域網(wǎng)和無線接入通信網(wǎng)，進行實時數(shù)據(jù)傳輸，各級水調(diào)部門實現(xiàn)對其所屬供水管理單位執(zhí)行水調(diào)命令情況、涵閘運行狀況、運行參數(shù)進行遠程實時監(jiān)測；

(2)遠程監(jiān)視。通過閘前、閘室、前端監(jiān)控站視頻采集系統(tǒng)，遠程監(jiān)視涵閘運行過程。

(3)遠程控制。根據(jù)中心集權和控制權優(yōu)先級原則，實施分級限權管理，實現(xiàn)調(diào)度監(jiān)控指揮中心的集中控制和上級對下級水量調(diào)度實施有效的遠程控制和調(diào)節(jié)。當有權限的計算機控制中心實現(xiàn)對指定涵閘的控制時，該控制中心以下各級子控中心和前端控制站均無權啟閉所指定的涵閘；

(4)電子地圖、電子表格綜合控制。

(5)黃河水資源訂單供水網(wǎng)絡化管理?？h、市局網(wǎng)上申請訂單用水指標，上級網(wǎng)上審核、網(wǎng)上下達批準的流量和水量，各級根據(jù)分配流量、水量，實時監(jiān)控下級批準流量、水量引用情況，若引水超過批準指標，系統(tǒng)報警提示，并自動予以調(diào)整。

(6)預付水費水量自動控制放水。輸入用水戶預付水費數(shù)額和用水戶需水時段，計算機自動計算供水量和平均流量，并在上級分配的用水指標范圍內(nèi)自動控制放水，任務完成后，計算機自動關閉涵閘，并計算出實時水費數(shù)額，通知用水單位；

(7)流量自動調(diào)整和控制。前端計算機依照市局分配流量，根據(jù)閘前水位變化情況，在實際引水流量超過分配流量5%時，自動調(diào)整閘門啟閉高度，以控制流量不超標；

(8)平安運行保護裝置。實現(xiàn)限位保護、斷電數(shù)據(jù)保護、閘門運行(啟、閉)異常保護等功能，確保涵閘遠程控制平安、有效。

(9)自動報警系統(tǒng)。當引水量達到審批水量、引水流量超過批準流量、閘前水位超警戒水位、涵閘在遠程控制中碰到故障，系統(tǒng)自動報警，并采取相應的平安保護控制辦法。

(10)水調(diào)命令網(wǎng)上公告欄。實現(xiàn)水調(diào)命令的網(wǎng)上，提高其實效性。

(11)自動生成、存儲、打印各級、各類水資源報表，建立統(tǒng)一、完善、兼容性好的綜合信息數(shù)據(jù)庫，便于各級查詢和調(diào)用。

6系統(tǒng)主要技術指標

(1)工作電壓摘要:AC220V；

(2)前端計算機采集存儲數(shù)據(jù)平均間隔時間≤10分鐘。

(3)閘位傳感器分辨率0.3mm，測量誤差≤1mm；

(4)水位傳感器測量誤差≤5mm；

(5)流量測量誤差≤5%；

(6)閘室顯示屏顯示數(shù)據(jù)無誤差實時顯示，閘位、閘前水位精確到厘米，流量保留兩位小數(shù)。

(7)室外顯示屏滾動顯示閘位、水位、流量，10分鐘變換一次實時數(shù)據(jù)。

(8)閘門運行異常保護裝置在閘門正常啟閉時不能出現(xiàn)動作，當閘門運行出現(xiàn)異常時，異常行程≤3mm時切斷電源。

(9)斷電記憶裝置應在斷電的同時啟動，后備電源能保證停電167h以上用電。

(10)值班室—前端控制器通信速率1200bps，縣局—涵閘值班室通信速率9600bps；

(11)縣局至前端網(wǎng)絡連接中斷，30秒鐘內(nèi)自動重撥連接。

(12)系統(tǒng)平均無故障工作時間(MTBF)摘要:2000小時；涵閘前端平均無故障工作時間(MTBF)摘要:10000小時；

(13)最小維修時間（MTTR）摘要：1小時；

(14)工作環(huán)境溫度摘要：-10~50℃；

(15)儲藏溫度摘要：-30~70℃。

7系統(tǒng)建設的實施情況

為保證本系統(tǒng)的科學合理、先進實用和平安可靠，我們先后多次組織人員對一些研制安裝監(jiān)測系統(tǒng)的單位進行了考查和學習，并查閱了大量國內(nèi)外有關資料。在此基礎上，應用計算機軟硬件技術、先進的電子技術和傳感器技術，在原陽縣河務局柳園閘進行了“涵閘自動化遠程實時監(jiān)控管理系統(tǒng)”的研制開發(fā)。

經(jīng)過幾年來的不斷實踐和反復試驗，并經(jīng)過不斷的完善和提高，2002年3月，體現(xiàn)“數(shù)字水調(diào)”思想的“黃河水資源管理調(diào)度監(jiān)控指揮系統(tǒng)”的開發(fā)、研制、設計和試運行工作全部完成，系統(tǒng)的整體性能和綜合控制功能，以及系統(tǒng)的科學性、先進性、平安性和可靠性已完全能夠滿足黃河水資源統(tǒng)一管理調(diào)度的數(shù)字化管理需要。

2002年4月29日，河南省科學技術廳組織的鑒定委員會專家對該系統(tǒng)整體運行情況和各項功能進行了現(xiàn)場測試，并在鄭州召開了成果鑒定會，經(jīng)過認真的分析、探究和討論，鑒定委員會一致認為，“該項成果達到了同類探究國內(nèi)領先水平，經(jīng)濟、社會效益顯著，推廣應用前景廣闊”。

系統(tǒng)鑒定后，我局已在原陽縣黃河河務局韓董莊、柳園、祥符朱引黃閘推廣，并投入了水資源調(diào)度管理應用，實現(xiàn)了省、市、縣河務局對原陽三座涵閘的遠程實時監(jiān)控，在今年的黃河水量調(diào)度工作中發(fā)揮了積極功能，取得了十分顯著效果，達到了系統(tǒng)設計目的。

6月13日，李國英主任等黃委領導在專程考察該系統(tǒng)后指出，新鄉(xiāng)市局開發(fā)的黃河水資源管理調(diào)度監(jiān)控指揮系統(tǒng)是適應我們現(xiàn)在整個黃河下游目前微波通信條件下涵閘遠程監(jiān)控的一套系統(tǒng)，該系統(tǒng)是具有廣泛推廣意義的系統(tǒng)，適合黃河下游推廣應用。

8社會效益和經(jīng)濟效益分析

系統(tǒng)推廣應用后，各級領導和水調(diào)工作者坐在辦公室，足不出門，通過電子綜合顯示屏和動態(tài)電子表格，實時了解轄區(qū)內(nèi)水資源調(diào)度管理整體運行情況，且根據(jù)控制權優(yōu)先級原則，實施遠程調(diào)度和控制，較之目前督察組沿河督察，工作效率提高幾十、上百倍，而且調(diào)控質(zhì)量大大提高，較好保證了有限黃河水資源優(yōu)化配置和本地區(qū)黃河控制斷面下泄流量不低于控制標準，為確保黃河不斷流提供了可靠技術保證。系統(tǒng)設計過程中充分考慮了系統(tǒng)運行的平安性和可靠性，確保了遠程控制平安有效，避免了供水工作中多引少報、少引多報、引水不報和有令不行、有禁不止、擅自開閘現(xiàn)象的發(fā)生，從而增強了各級水調(diào)部門的責任心，維護了水調(diào)工作的權威性和嚴厲性。由于系統(tǒng)的建設立足于現(xiàn)有的黃河計算機廣域網(wǎng)和黃河無線接入通信系統(tǒng)，大大降低了系統(tǒng)建設成本，性能價格比遠遠優(yōu)于其他同類系統(tǒng)，為系統(tǒng)的推廣應用奠定了堅實的基礎。

結束語

隨著“數(shù)字黃河”治黃新理念的提出和實施，為黃河水資源統(tǒng)一管理和水量統(tǒng)一調(diào)度實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡化管理提供了廣闊的發(fā)展空間和大好機遇。黃河水資源短缺、供需矛盾突出的目前狀況和汪部長提出的確保黃河不斷流的艱巨任務，使黃河“數(shù)字水調(diào)”系統(tǒng)的推廣應用更加迫在眉睫，新鄉(xiāng)市河務局將全面建設和完善新鄉(xiāng)黃河水資源管理調(diào)度監(jiān)控指揮系統(tǒng)，并加大推廣力度，為更好地實現(xiàn)黃委提出的“數(shù)字黃河”建設目標做出應有的貢獻。