潮州供水枢纽船闸计算机监控系统“船闸”兼做“鱼闸”模式改造

石 强

(广东省潮州供水枢纽管理处,广东 潮州 521011)



潮州供水枢纽船闸计算机监控系统“船闸”兼做“鱼闸”模式改造

石 强

(广东省潮州供水枢纽管理处,广东 潮州 521011)

根据枢纽船闸运行工况,以船闸闸室兼做鱼道,在原机电设备和自动化设备基础上,对船闸计算机监控系统进行改造扩展,实现昼间“船闸”模式与夜间“鱼闸”模式并存,以减小潮州供水枢纽工程对洄游性渔业资源的不利影响。

供水枢纽；监控系统；船闸；鱼闸；改造

1 工程概况

1.1 工程综合效益

广东省潮州供水枢纽工程坝址位于韩江下游东、西溪两溪口附近,是合理调配东溪、西溪、北溪水资源,为城镇及工农业供水创造条件,结合发电、兼顾航运及改善水环境等综合利用的1等大(Ⅰ)型水利工程。工程投运至今,合理地调配了韩江下游及三角洲河网的水资源分配,充分发挥了其综合效益。

1.2 工程主要影响

潮州供水枢纽工程综合效益显现的同时,对河道内洄游性渔业资源环境造成了一定的影响。主要原因：①拦河闸坝的投运破坏了原有河流生态连续流水体系,使河流转变成为一系列连续分布但又相互分离的静水生态系统；②河湖水库形成后,库区水体的水温、流速和溶氧等呈现明显的垂直分层现象,影响了原生态系统的物种结构、再生产力、泥沙淤积、富营养化速度、栖息生存环境等；③兴建拦河闸坝一定程度上阻断了洄游性鱼类的溯河与降河洄游通道,导致了其洄游率、繁殖率的下降,以及机械损伤率和死亡率的增加。

2 改造目标

为落实环境保护部(环验函〔2012〕77号)文件的要求,最大程度地减小潮州供水枢纽工程对洄游性渔业资源的不利影响,有效解决韩江下游及三角洲河网区鱼类资源洄游通道的畅通问题,促进韩江渔业资源的可持续、健康发展[1],针对鳗鲡洄游的生存特点,结合枢纽船闸运行工况,将原船闸计算机监控系统改造为“船闸”与“鱼闸”功能并存的系统。

3 项目实施

3.1 原船闸计算机监控系统功能分析

船闸计算机监控系统采用开放式、分层分布式设计的网络系统,由船闸监控室设备和现地控制单元等组成,监控对象主要为：船闸上、下闸首左右两侧人字门和廊道工作门。此外还研发集成了船只调度模拟系统、船闸收费系统,在完成对船闸运行工况实时监控的同时,可对进出闸船只进行缴费登记和调度模拟。网络结构如图1所示。

监控室层设置两台互为冗余的操作员工作站和一台数据服务器,实时监视船闸运行状态,完成操作控制命令下发。现地层设5个现地控制单元,4个为闸首LCU屏,1个为公用LCU屏,各闸首LCU屏之间的通信采用现场总线,与上位机之间的通信采用光纤以太网。该系统还包括广播、工业电视、通航信号灯等辅助设备,构成一个完整的、独立的过船控制监视系统。

该系统从2005年投运至今,运行稳定可靠、操作简便,且运行人员熟悉,因此基于原系统进行“船闸”兼做“鱼闸”模式改造,运行人员能较快掌握操作方法,保证运行工作的延续性,同时也可减少改造工程量。

图1 船闸监控系统网络结构示意

3.2 “船闸”兼做“鱼闸”模式改造

3.2.1 改造项目工程原理

根据鳗鲡鱼类的生理特性,鳗鲡等鱼类具有怕光、昼伏夜出,对水压、水流向、水流度等感知能力强,溯河能力强等特性[2]。结合潮州供水枢纽船闸夜间禁止过船的实际情况,参照荷兰默兹河上已建阿那克鲁沙鱼闸的良好运行状况,在船闸原运行调度的基础上,以船闸闸室兼做鱼道,进行适当改造,增设河流模拟系统、强光驱赶系统、增氧指引系统等工程措施[3],配合其它调度管理措施,使其改造为满足鳗鲡洄游的改良型船闸兼作鱼闸,既满足过船需求,又具备鱼闸功能。工程原理如图2所示。

图2 工程原理示意

3.2.2 两种模式的运行时段设计

枢纽船闸按“鱼闸”模式运行的时间为：每年4—6月的幼鳗或鳗苗溯河时段和8—11月的成鳗降河时段,每天夜间19:00至次日7:00运行,“鱼闸”运行模式期间,禁止过船。

枢纽船闸按“船闸”模式运行的时间为：鳗鲡洄游季节的每天昼间7:00至当日19:00以及其它非洄游季节的昼间。

3.2.3 基于原系统上位机功能扩展

基于原船闸EC 2000计算机监控系统模式,保持原上位机不变,新增1台鱼闸上位机,“鱼闸”运行模式相关控制流程编写在鱼闸上位机中。数据库重新组态、新增设备测点,上位机OPC中配置相应新增测点、增加“鱼闸”运行模式相关操作画面、报警、简报、报表等功能。

在软件编程方面,做到：①对上引航道路灯、闸室路灯的控制,可以在手动控制和自动控制两个功能间切换。②能够使上引航道、闸室内原有的红绿灯在船闸运行模式时能按原有的规定正常指示,在鱼闸运行模式时常亮红灯,示意船只不能通航。③在上位机将船闸控制功能和鱼闸控制功能分开,并以昼间不能运行鱼闸模式为条件,将2种运行模式互相闭锁,避免运行人员误操作。④运行鱼闸模式时,闸门的定时启、闭以及路灯的自动开关都可以通过微机自动控制系统实现,并按照要求的时间间隔自动完成各个循环周期。

3.2.4 基于原系统下位机功能扩展

新增“鱼闸”与原“船闸”模式共用下位机,只需在上、下闸首现地控制单元4套S 7-300 PLC程序块中增加鱼闸流程功能,以及与“船闸”模式的闭锁功能。在公用配电LCU柜中,增加相应的PLC开出模块、开关电源、相应继电器开出回路等设备。最终可实现对驱鱼强光灯组和上下闸首闸门等设备的控制。

3.2.5 “鱼闸”模式具体流程

1) 溯河洄游流程

① 准备阶段：照射到水域的灯具全部关闭,尽量营造船闸区域鳗鲡喜欢的黑暗水域环境；打开强光驱赶系统,发挥灯光隔离墙的作用,驱赶鳗苗至船闸下游引航道处；打开上游增氧指引系统,营造富氧环境,吸引鳗鲡往库区上游游动。

② 诱鱼入室阶段：上游输水廊道门、上游人字门处于关闭状态。下游泄水廊道门先开启至全开, 至闸室水位与下游河面处于平水状态,下游人字门开启至全开,打开上游输水廊道闸门4%的开度,保持此状态模拟闸室河流模式,持续时间约60 min,吸引鳗鲡往闸室内聚集。

③ 闸室充水阶段：首先关闭上游输水廊道闸门,闸室水位与下游水位平水后,关闭下游人字门,关闭下游泄水廊道门,在此状态再开启上游输水廊道闸门100%开度进行鱼闸充水,至与库区平水后,再将上游人字门全部开启与库区水域相连通,全程用时约15 min。

④ 驱鱼入库阶段：打开下游泄水廊道闸门4%的开度,模拟闸室河流模式,并按程序开启强光驱赶控制系统,由下游往上游顺序每隔100 s依次开启1组强光灯,总共47组强光灯,全程用时约78.3 min,每天夜间按4个循环执行。

⑤ 鱼闸泄水阶段：首先关闭下游泄水廊道闸门,其次关闭上游人字门,关闭上游输水廊道门,在此状态再开启下游泄水廊道闸门100%开度进行鱼闸泄水,至与下游平水,再将下游人字门全部开启与下游相连通,全程用时约15 min。

⑥ 重启循环周期：1次性全部关闭强光驱赶控制系统,并重启下1个循环。1个循环用时约2.5 h,每天夜间按4个循环执行。

2) 降河洄游流程

按照鳗苗溯河洄游流程进行逆操作,根据成鳗喜爱游动速度更快的特点,适当缩短强光灯开启间隔时间,调整为每60 s开启1盏,开启灯光用时共47 min。

① 准备阶段：照射到水域的照明灯具全部关闭,曝气增氧机全部开启。

② 诱鱼入室阶段：下游泄水廊道门、下游人字门处于关闭状态。上游输水廊道门先开启至全开,至闸室水位与上游河面处于平水状态,上游人字门全部开启,打开下游泄水廊道闸门4%的开度,保持此状态模拟闸室河流模式,持续时间约60 min,吸引鳗鲡往闸室内聚集。

③ 闸室泄水阶段：首先关闭下游泄水廊道闸门,其次关闭上游人字门,关闭上游输水廊道闸门,在此状态再开启下游泄水廊道闸门100%开度进行鱼闸泄水,至与下游平水后,再将下游人字门全部开启与下游水域相连通,全程用时约15 min。

④ 驱鱼入江阶段：打开上游输水廊道闸门4%的开度,模拟闸室河流模式,并按程序开启强光驱赶控制系统,由上游往下游顺序依次开启强光灯,时间间隔为60 s,全程用时约47 min。

⑤ 闸室充水阶段：首先关闭上游输水廊道闸门,其次关闭下游人字门,关闭下游泄水廊道闸门,在此状态再开启上游输水廊道闸门100%开度进行鱼闸充水,至与上游平水,再将上游人字门全部开启与上游相连通,全程用时约15 min。

⑥ 重启循环周期：1次性全部关闭强光驱赶控制系统,并重启下1个循环。1个循环用时约2 h,每天夜间按6个循环执行。

“鱼闸”模式流程[3]如图3所示。

图3 鱼闸模式流程示意

4 后续完善

2013年12月底,全部改造完成并通过验收,在2014年4—6月幼鳗或鳗苗溯河时段长时间运行“鱼闸”模式时发现,下左廊道门震动较明显。经检查和测试,由于“鱼闸”模式时通闸运行,廊道门开度为4%～8%范围内水流流速较大,廊道流态不顺畅,工作门背水侧存在隔阻,水流回转形成涡流,从而引起共振。采取两方面措施解决了此问题：一是机械部分,在廊道门下游面下部点焊5 mm厚铁板,钻孔固定使其减除隔阻,阻断水流形成回转涡流；二是监控部分,模拟闸室河流模式的下左廊道门开度保持打开4%调整为3%,避开震动区间。

5 结语

“船闸”兼做“鱼闸”模式改造充分利用了船闸年度检修的停航时间段,避免了长期停航造成的社会影响。改造项目作为潮州供水枢纽工程的环境保护补救措施,于2014年初顺利通过了国家环保部环保专项验收。根据改造后2年多的运行情况,昼间“船闸”模式和夜间“鱼闸”模式均运行正常良好,在发挥潮州供水枢纽工程社会经济效益的同时尽可能减少了对洄游性渔业资源的不利影响。

[1] 水电水利建设项目河道生态用水.低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南(试行) ：环评函〔2006〕4 号[A].2006．

[2] 周建平，党林才.水工设计手册(第二版)[M].北京：中国水利水电出版社,2012．

[3] 吴慧珠，杨克斌.潮洲供水枢纽工程船闸改造与增设诱鱼驱鱼设施项目电气部份施工图[R].汕头：汕头市水利水电勘测设计院,2013．

(本文责任编辑 王瑞兰)

“Ship Lock Do Fishway” Modes Transformation in the Hub Lock Computer Supervisory Control System of Chaozhou Water Supply Project

SHI Qiang

(The Office of Chaozhou Water Supply Management in Guangdong Province, Chaozhou 521011, China)

According to the hub lock operation condition, lock chamber also do fishway. On the basis of the original mechanical and electrical equipment and automation equipment, computer monitoring and control system had transformation and extensional range. In order to achieve “lock” mode between day and night “fish lock”, the size of migratory fish resources of Chaozhou water supply control project needs to be protected.

water suppyly project； monitoring system； hab lock； fishway； transformation

2016-05-12;

2016-06-10

石强(1982),男,本科,工程师,主要从事水利机电技术、计算机监控以及水利信息化的维护和管理工作。

TV741

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1008-0112(2016)06-0048-05