龐宇林

（晉城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 山西晉城 048026）

1 現(xiàn)狀

晉城市擁有一個(gè)水資源非常豐富、水利項(xiàng)目繁多、管理復(fù)雜的綜合性水網(wǎng)。其主要利用的河流為沁河、丹河和衛(wèi)河，其中水電站主要布置在沁河沿岸，包括拴驢泉、杜河、曹河、磨灘、佛圪嘴、河北、曲堤等一大批上世紀(jì)60、70年代建設(shè)的水電站，現(xiàn)已大都經(jīng)過(guò)技術(shù)和設(shè)備的更新改造，基本實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)化管理；較大的供水工程主要包括郭壁、下河泉、東焦河、丹河、磨河、張峰等已建和杜河、東大河等在建項(xiàng)目，已建項(xiàng)目大都在近幾年完成，自動(dòng)化程度相對(duì)比較完善；此外還有相當(dāng)數(shù)量和規(guī)模的大量中小型水庫(kù)，2012年底前已完成11座?。á瘢┬退畮?kù)的除險(xiǎn)加固任務(wù)，到2013年底，又將完成31座小（Ⅱ）型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固任務(wù)。

如此眾多的水利基礎(chǔ)工程，足以構(gòu)成一個(gè)豐富而又復(fù)雜的供水網(wǎng)絡(luò)。但針對(duì)水網(wǎng)的建設(shè)，市里還沒(méi)有形成一套相對(duì)完善、穩(wěn)定、高效的管理機(jī)制，也沒(méi)有成立類似總調(diào)度中心或數(shù)字水利中心的機(jī)構(gòu)。水利工程大都各自管理，獨(dú)自運(yùn)行，數(shù)據(jù)得不到及時(shí)共享，以致運(yùn)營(yíng)效率低下，水資源不能合理分配，供水系統(tǒng)水量造成損失，水利和供水安全得不到保證。

2 建設(shè)的必要性

“十二五”期間，晉城市政府提出了科學(xué)調(diào)度的水資源優(yōu)化配置思路，由張峰水庫(kù)供水工程干渠和已建及規(guī)劃新建的一批骨干供水工程干渠，結(jié)合電站、水庫(kù)組合成“井”字型骨干大水網(wǎng)。以此為框架，逐步實(shí)現(xiàn)區(qū)域水網(wǎng)與大水網(wǎng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)晉城所屬的沁河、丹河、衛(wèi)河與各水源工程、供水工程的聯(lián)合調(diào)度。近一年來(lái)，晉城市的水網(wǎng)建設(shè)逐步展開(kāi)，但是，要形成穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)合理、配置高效、全面節(jié)水的供水網(wǎng)絡(luò)，提高水資源調(diào)控、水利管理和工程運(yùn)行的信息化水平，必須通過(guò)建設(shè)快速的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析發(fā)布系統(tǒng)來(lái)解決，也就是要利用數(shù)字化管理在水務(wù)系統(tǒng)形成一整套的“數(shù)字化水務(wù)”解決方案。

3 建設(shè)的原則

數(shù)字化水務(wù)是一項(xiàng)大的系統(tǒng)工程，對(duì)于晉城市的水網(wǎng)建設(shè)來(lái)說(shuō)，整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施應(yīng)按照整體設(shè)計(jì)，分階段分塊實(shí)施。具體到環(huán)節(jié)建設(shè)，需要按照從大到小、從面到點(diǎn)的方針逐步進(jìn)行。系統(tǒng)應(yīng)遵循安全性、先進(jìn)性、實(shí)用性、通用性及可冗余性的原則作為設(shè)計(jì)導(dǎo)向，為整個(gè)系統(tǒng)工程搭建一個(gè)安全、合理、經(jīng)濟(jì)的數(shù)字化運(yùn)行管理平臺(tái)。

4 建設(shè)的目的

晉城市水網(wǎng)的數(shù)字化建設(shè)，應(yīng)基于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)共享，通過(guò)水利數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)及系統(tǒng)信息的建設(shè)及多種技術(shù)手段，結(jié)合水利信息管理、水利信息資源綜合開(kāi)發(fā)，確保水網(wǎng)的安全運(yùn)行和水資源的合理調(diào)配，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水網(wǎng)平衡、降低生產(chǎn)成本和水網(wǎng)水量損失，使整個(gè)水系統(tǒng)達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

5 建設(shè)的主要內(nèi)容

要建設(shè)數(shù)字化水務(wù)系統(tǒng)，首先要建立數(shù)字化水務(wù)的數(shù)學(xué)模型以及邏輯關(guān)系模型，其中的數(shù)學(xué)模型建立具有一定難度，可以在實(shí)施過(guò)程中不斷地去摸索，根據(jù)現(xiàn)有的管理模式以及今后計(jì)劃實(shí)施的管理方式逐步建立。邏輯關(guān)系的模型建立較為簡(jiǎn)單，可以參考以往運(yùn)行模式的優(yōu)良經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)這些優(yōu)良經(jīng)驗(yàn)，配合將要建設(shè)的數(shù)字化水務(wù)的硬件部分重新優(yōu)化管理模式。新的管理模式應(yīng)在多個(gè)傳感器、多個(gè)不同功能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立，最主要的是由多個(gè)SCADA系統(tǒng)組成的廣域SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、MIS系統(tǒng)（管理信息系統(tǒng)）以及ERP系統(tǒng)（建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運(yùn)行手段的管理平臺(tái)），通過(guò)這些系統(tǒng)對(duì)水網(wǎng)的水務(wù)工作進(jìn)行數(shù)字化管理。

晉城市水務(wù)一體化的實(shí)施還不是很成熟，根據(jù)當(dāng)前的水網(wǎng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段要建設(shè)水網(wǎng)的數(shù)字化水務(wù)系統(tǒng)，首先要在主要流域、水庫(kù)、水電站、供水工程幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)大型水利設(shè)施之間的數(shù)據(jù)共享和相關(guān)設(shè)施的初期水網(wǎng)平衡。也就是說(shuō)，由于流域中水電站、供水工程和水庫(kù)的規(guī)模不同，通過(guò)數(shù)據(jù)信息的管理，使河流及沿岸的水電站、水庫(kù)、大型提水供水設(shè)施能夠在各自最佳狀態(tài)下運(yùn)行并達(dá)到初步平衡，既為水網(wǎng)平衡的主要工作，也是現(xiàn)階段數(shù)字化水務(wù)建設(shè)的主要工作。

對(duì)于河流和水庫(kù)來(lái)說(shuō)，根據(jù)汛期和枯水期實(shí)時(shí)調(diào)整河流上下游水庫(kù)的工作狀態(tài)，通過(guò)監(jiān)控設(shè)施，對(duì)主要河流重點(diǎn)入河排污口、水功能區(qū)和庫(kù)容量進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，消除安全隱患，增強(qiáng)水資源調(diào)控能力，為水網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)做基礎(chǔ)。

對(duì)于水庫(kù)和水電站來(lái)說(shuō)，水電的優(yōu)勢(shì)為通過(guò)水庫(kù)蓄能，在高峰用電和低谷用電之間調(diào)整每個(gè)水庫(kù)的需水量，從而使每個(gè)水電站達(dá)到最高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)使整個(gè)流域水電站和水庫(kù)都能達(dá)到基本能源平衡。在這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)度中心根據(jù)天氣情況，及時(shí)改變每個(gè)水庫(kù)水位，盡可能地保持每個(gè)水電站的發(fā)電用水，并同時(shí)提高水庫(kù)的抗洪能力和抗旱能力，實(shí)現(xiàn)真正的流域水網(wǎng)平衡。

對(duì)于提水供水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，水泵用電為最大的能源消耗，在調(diào)節(jié)水池和終端蓄水池保證供水的前提下有效利用谷電來(lái)降低生產(chǎn)成本是提水供水系統(tǒng)中最為重要的節(jié)能環(huán)節(jié)。在這樣的系統(tǒng)中，可以使用變頻技術(shù)和先進(jìn)有效的算法以及自動(dòng)化測(cè)控裝置以自動(dòng)配方的方式加以調(diào)節(jié)。同時(shí)，對(duì)調(diào)節(jié)水池和終端蓄水池的水位以及淤積數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為水網(wǎng)平衡提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

實(shí)現(xiàn)水務(wù)數(shù)字化，就是實(shí)現(xiàn)信息數(shù)字化、傳遞網(wǎng)絡(luò)化。及時(shí)、多方面的信息收集是這項(xiàng)任務(wù)的基本工作之一，也是最為關(guān)鍵的工作之一?，F(xiàn)在晉城市的大部分水電站和供水系統(tǒng)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)化，通過(guò)水網(wǎng)的平衡和不斷建設(shè)，將有許多信息被收集和傳遞，這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)多個(gè)不同功能的傳感器組成的測(cè)量系統(tǒng)以及采集數(shù)據(jù)的測(cè)量控制子系統(tǒng)來(lái)完成，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)將多個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)整理分類后以圖形和數(shù)據(jù)報(bào)表的方式展示給上一級(jí)管理部門(mén)（水利數(shù)字中心或調(diào)度中心）。中心根據(jù)這些數(shù)據(jù)經(jīng)人工或者自動(dòng)方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)給子系統(tǒng)提供運(yùn)行數(shù)據(jù)依據(jù)，例如：潮流分析、時(shí)間配方分析、設(shè)備數(shù)據(jù)分析、安全分析等，從而實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行和整個(gè)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，達(dá)到水網(wǎng)平衡和數(shù)字化管理的目的。

6 功能描述

實(shí)現(xiàn)水網(wǎng)的數(shù)字化水務(wù)建設(shè)，可以在系統(tǒng)運(yùn)行、應(yīng)急處理、智能調(diào)度、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等多方面形成很好的保障。

在系統(tǒng)運(yùn)行方面，可以進(jìn)行系統(tǒng)事故分析、實(shí)時(shí)水力模擬和系統(tǒng)的優(yōu)化、安全運(yùn)行，并可實(shí)時(shí)提供水庫(kù)、水電站和供水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，為整個(gè)系統(tǒng)及各系統(tǒng)規(guī)劃、改擴(kuò)建、施工提供圖紙及數(shù)據(jù)，成為安全生產(chǎn)運(yùn)行的依據(jù)。

在應(yīng)急處理方面，分析突發(fā)事件的類別，科學(xué)評(píng)估損失，可作為最優(yōu)決策和處理的輔助，并進(jìn)行預(yù)案、事故緊急停車、災(zāi)害應(yīng)變等安全管理。

在智能調(diào)度方面，可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集、處理和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等技術(shù)手段科學(xué)調(diào)度、合理調(diào)配各個(gè)環(huán)節(jié)，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理方面，可以整合生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)消耗、成本、故障、事件等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)及報(bào)表；同時(shí)，通過(guò)巡檢系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、信息來(lái)源實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的各種信息（運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行狀態(tài)、主要運(yùn)行參數(shù)等），實(shí)現(xiàn)設(shè)備全過(guò)程（計(jì)劃、選型、采購(gòu)、安裝調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)、修理、報(bào)廢等）的網(wǎng)絡(luò)化動(dòng)態(tài)管理。

7 結(jié)語(yǔ)

總之，在晉城市的水網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，隨著數(shù)字化水務(wù)工作的展開(kāi)，信息得到了有效的管理，數(shù)據(jù)得到了充分的共享，水利設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)得到了很好的控制，水網(wǎng)的功能得到了極大的提高。數(shù)字化水務(wù)對(duì)推進(jìn)水利信息化和現(xiàn)代化的建設(shè)將起著舉足輕重的作用，也將給全市乃至全省的水利發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。