南水北调中线干线工程自动化调度系统现状及优化建议

董新亮 杜宇峰 马玉霞

南水北调中线工程是为缓解京、津、冀、豫等北部地区水资源短缺紧张状况，是21世纪京津华北地区国民经济可持续发展的重要保障。其输水干渠包括总干渠和天津干渠两部分，渠道运行控制采用节制闸闸前常水位的实时闭环自动控制方式，利用地势条件，基本实现自流输水。由于南水北调中线干线工程具有自动化控制要求高、实时性强、系统庞杂、管理复杂等特点，需采用先进信息采集技术、信息处理技术、自动化控制技术、计算机网络技术、通信技术和现代化的运营、维护、管理技术与理念，建设一套完善先进的南水北调中线干线自动化调度系统对中线干线工程进行运营、维护和管理，保证全线调水安全。

1. 自动化调度系统概述

南水北调中线干线工程自动化调度系统在南水北调中线一期工程可行性研究初期，工程安全监测、闸站监控、水质监测系统等作为机电系统的组成部分列在各个工程段。

1.1 工程安全监测系统

工程安全监测系统主要可以分为工程安全信息采集、安全监测信息数据智能化综合分析、工程安全评价系统综合评估3部分。

安全监测信息采集主要包含对水闸、渡槽、倒虹吸、隧洞及压力管道、穿黄隧洞工程、泵站、特殊渠段等设施的水平和垂直位移、渗流、结构及环境量、水平和沉降等数据采集和传输。主要监测仪器包含垂直、水平位移测点、土压力计、渗压计、测压管、应变计、无应力计、钢筋计、锚索测力计、多点位移计、锚杆应力计、测缝计和温度计。水平、垂直位移和测压管水位数据采用人工采集外，其他数据均实现软件自动化采集。

信息智能化综合分析包括在线综合分析、离线综合分析、综合查询、报表制作、Web查询等。

工程安全评估系统，主要通过综合分析评估，对有安全隐患的，上报归口主管部门，提出安全决策和维护方法，对工程进行维护，对存在重大安全隐患的，由调度管理部门提出调度方案和维护决策，协调各部门综合处理。

工程安全监测的业务流程如图1所示。

1.2 闸站监控系统

闸站监控系统是自动化调度系统的核心系统之一，是全线集中控制方式的执行系统。通过该系统，可以在调度中心对全线分水闸、节制闸、退水闸、倒虹吸工作闸、排冰闸等进行远程自动控制，并在调度中心显示闸门开度、水位、流量、启闭设备及供电系统运行参数，出现问题及时报警至调度中心进行处理。系统主要功能包括权限管理、监控管理、控制管理、接入第3方系统。

一是监测业务流程。监测业务流程主要是由远程监测部门完成，先采集现地水位、流量、闸位等信息，对该信息进行处理，通过PLC通信至监控服务器，同时调用远程数据库数据，实现对闸门进行控制，通过公共的监控服务，取得监测数据和历史数据。监测业务流程如图2所示。

二是控制业务流程。各级管理单位的控制指令也是按照系统赋予的权限，通过公共的监控服务的协调，实现对闸门的启闭控制。闸站监控业务流程如图3所示。

1.3 水质监测系统

水质信息采集系统建设主要包括：在总干渠重点渠段建设11个自动监测站，在河南、河北境内建设2个移动实验室，在河南、河北分公司建设2个重点实验室，在陶岔、天津分公司建设2个普通实验室。

图1 工程安全监测业务流程图

图2 闸站监控系统监测业务流程图

图3 闸站监控系统控制业务流程图

一是水质监测主要业务描述。水质监测是实现全线安全供水的基本保障之一，主要是通过采集干渠水质数据，分析评价水质状况，及时发布水质信息，并快速应对可能发生的水污染事件，保护输水干渠水质。

水质监测的主要业务内容包括水质信息采集与应用两大部分，其中水质信息采集业务包括：站网布设、水质固定监测、水质自动监测、水质动态监测等，应用业务包括：站网管理、监测数据管理、水质评价、水质预测预报、水质信息发布、水质信息查询、水质监测资料整汇编、水质会商支持等。

二是业务流程。根据机构设置与职能，南水北调中线干线工程水质监测业务分为3级管理，总公司负责整个水质监测业务的管理工作，包括监测站网管理、监测计划制定、监测任务下达、监测资料管理与信息发布、水质预测预报、紧急会商与应急方案制定等。各分公司承担具体监测业务，包括落实总公司下达的各项水质监测任务，实施各项水质监测，对分管区域水质监测结果进行分析评价，编制上报监测成果，及时报告水质动态等。各管理处承担固定监测样品采集、自动站日常管理和巡视水质变化、及时报告水质异常情况或突发水污染事故、协助应急调查监测处理处置等任务。

1.4 闸站视频及安防监控系统

中线干线工程大部分现地建筑物及闸站采用 “无人值班、少人值守”方式，为便于水量调度人员和维护人员及时了解各闸站的工作状态、闸站的安全状况，以直观的现场图像和声光报警了解现场情况，需要建设远程闸站视频及安防监控系统。

根据需求，近远期将对闸站的闸前、闸后和闸室环境和设备状况进行全方位视频监控，现地管理站和周围环境进行安全监视，沿渠设置的各种建筑物进行视频监视。闸站监视系统不但为总干渠输水调度运行提供视频监视服务，还为工程安全监测与运行管理、水质监测等其他相关系统提供所需的监视服务，各级管理部门根据授权，皆可对现地站视频进行远程共享访问控制。因此，闸站视频及安防监控系统一方面具有很高的共享性，另一方面该系统充分考虑将来整个视频系统的扩容，在增加视频监视点的情况下，只需增加前端设备和少许后端管理设备就可以轻易集成到整个视频监视系统中来。

2. 自动化调度系统改进建议

2.1 工程安全监测系统

一是设备设施方面。安全监测系统部分数据采集系统采用GPRS模式进行传输，局部山区内信号不稳，难以满足定时数据采集要求，影响数据时间一致性和时效性。建议和所在地通信部门联系，增强该地区信号强度，保障安全监测数据按时采集。

二是外部环境。安全监测仪器、设施大多数容易遭受破坏，一旦损坏就会造成数据丢失和不连续，影响数据分析。所以应做保护和宣传工作，提醒人们对其重视，减少无意识损坏。在运行管理中加强巡视检查，一旦发现损坏应及时进行修复，且应在渠道永久占地内，增加部分工作基点保障数据采集工作顺利开展。

三是人员配置。安全监测系统各机构安全监测管理人员应是具有水工建筑物或安全监测专业知识的固定人员，在使用系统时能根据系统提供的数据管理和分析工具及系统提供的初步判断，结合自己的专业知识和建筑物长期运行状态，对所管辖内的建筑物的安全状况进行判断，对于可能发生的险情进行预测，尽可能发挥安全监测系统的作用。

2.2 闸站监控系统

一是设备设施。闸站监控系统软件启动服务后，出现dos窗口显示数据，很多数据不经专业培训很难看懂，同时软件出现Bug现象，使采集到的数据突然消失，影响数据的连续性。建议对该软件进行改进，杜绝软件出现Bug现象，服务显示窗口数据采用汉化版，便于值班人员对数据的理解。

二是分水口门流量计量。南水北调中线尤其是京石段通水时间较长，但是流量计未进行率定，对渠道沿线流量计准确性是否满足要定不能确定。建议按照要求对流量计进行按时率定，保障流量数据的准确性。选取精确标准的计量设备，或开发专用计量设备，实现中线干线工程和配套工程分水量统计的协调性及一致性。

2.3 视频监控系统及安防监控系统

视频监控系统及安防监控系统只在建筑物和闸站安装，沿线渠道内没有设计，围网内是否有外单位或其他人员进入不能实时监控，对输水安全存在隐患，建议对渠道沿线合理安装视频监控和安防系统，使分公司内科实时监控工程沿线状况，保障安全输水。

2.4 自动化调度系统

自动化调度系统涉及通信、信息、自动控制、网络、机电等技术，涉及面广，而现有自动化调度系统没有专业的维护单位对设备进行维修养护，建议尽快将自动化调度系统委托给专业的单位进行管理，保障自动化调度系统合理、高效运行。

自动化调度系统的建成是现场实现“无人值守、少人值班”的必然途径。目前南水北调中线河北段工程输水调度自动化系统虽然已投入运行，但功能尚未完善，运行稳定性需进一步检验，建议加快自动化调度系统功能完善，系统解决各类接口问题，尽快实现最终调度模式。