论文摘要:文章简要阐述了水闸调度,并通过对某水利工程的水闸调度案例进行研究,指出水闸调度应注意的一些事项,希望能给一些大型水闸的调度提供一定的经验。
一、水闸调度
(一)水闸调度目的
为分泄、引用、滞蓄江河天然径流及调节水位或阻挡海水入侵,而对水闸进行的有计划的管理运用。总的要求是在保证工程安全的条件下,合理地综合利用水资源,按照规定的水利任务的主次合理分配水量;在防洪运用中,必须与上下游工程相配合;要尽量防止泥沙淤积,延长使用寿命。
(二)控制运用指标
在水闸调度中用作控制条件的一系列特征水位与流量,主要有:上游最高、最低水位,最大过闸流量及相应单宽流量,最大水位差,兴利水位及兴利引水流量等。允许双向运用的水闸应有相应的上述指标。这些指标,应根据水闸设计中规定的相应特征水位,考虑工程建设和安全情况、国民经济各部门的现实要求、水文数据的变化等具体情况研究确定。
(三)调度计划
由水闸管理单位根据控制运用指标,结合工程具体情况和有关方面的合理要求,参照历史水文规律和工程运用经验及当年水情预报等制定,内容包括:各时期的控制水位、流量及运行方式等。在实际调度过程中,应在计划规定的范围内运用,如因特殊情况需要在规定的上、下限指标范围外运用时,须经过验算及鉴定。
(四)调度方式
为满足既定的水利任务如防洪、灌溉、发电等而制定的具体运用规则,它是水闸安全地、经济地运行的关键。
二、某水利工程概述
某水利工程是一个以防洪、发电为主,兼顾灌溉、养殖的综合利用水利枢纽工程。枢纽控制流域面积46800km2,多年平均流量1250m3/s,枢纽总库容24亿m3;水库校核洪水位91.52m(p=0.1%),相应下游校核洪水位90.95m,对应泄洪流量为42000m3/s;水库设计洪水位86.43m(p=1%),相应下游设计洪水位86.05m,对应泄洪流量为32700m3/s;水库正常蓄水位77.5m,有效库容5.7亿m3,下游最低水位为59.79m。该水利工程通过对运用水库的蓄、泄和挡水等功能,对水资源在时间、空间上按需要进行重新分配。在保证水利工程安全的前提下,综合利用了水资源。
该水利工程位于a市的下游,重点要确保a市的防洪安全和下游防洪任务以及保证发电量,所以电站的发电回水对a市的影响也是一个比较敏感的问题,因此电站的正常发电运行,对其发电回水必须控制。同时该工程需要考虑到灌溉、养殖的任务,总体情况复杂、要求较高,所以需要依据科学的系统工程理论,拟定最优调度运用方式,建立自动化调度系统,逐步实现水利调度的最优化、自动化。
三、水闸计算机自动化监控调度系统
(一)系统的硬件组成
计算机监控系统的总体结构设计由多圈绝对值编码器闸门开度仪、profibus-dp接口、profibus-dp总线、可编程控制器、监控计算机等组成。
(二)系统的软件组成
主要监控计算机与各级控制器通过网络连接,对整个闸门系统进行监测、控制和保护。
(三)系统实际应用
系统从管理功能一般可划分为4个层次:操作层(水闸监测)、控制层(分中心)、调度层(中心)、信息网络。
1.操作层设在各基层水闸管理单位,负责采集闸内外水位、雨量、闸位、闸门开关量、水泵开关量等相关数据,并接受有关控制信息。
2.控制层(分中心)按水利片或区县设置,每个水利片或区县一个调度分中心,它处于整个系统的中间层,是连接基层与决策层的纽带。对上联系着调度总中心,对下接收所辖水闸监测站的水情工况数据,并统计处理后上传给调动总中心,同时接受调度总中心下发的调度指令。
3.调度层(中心)则是整个系统的指挥中心,它负责接收监测点传来的水情工况数据(包括视频图像),并进行远程监测;备份各监测点水情工况的历史数据;对接收到的数据进行分析处理,专家决策,提出调度方案。
(四)信息网络
网络模型是整个水闸调度信息系统的基础,其目标是形成一个安全、稳定为综合业务服务的ip数字通道。网络设计包括物理信道设计,网络安全设计,网络运营维护设计等内容。网络模型设计要按以下原则来进行:
1.合理的拓扑结构设计,要求网络的拓扑结构具有如下特点:可靠性,易维护,性能价格比优良,配置灵活,便于集中管理,可扩展,最大限度保护已有投资,便于维护通信的安全。
2.各部门间通过子网划分保持互相独立。
3.结构化布线,建立高速网络。
4.设备选型和配置时要满足扩展能力、支持多业务服务、大数据量的突发服务响应能力等应用需求。
5.采用现场总线方案将监控设备连接起来,以构成了一个稳定、易于扩充的硬件环境。传输介质采用屏蔽双绞线,系统采用总线式的拓扑结构,各设备采用总线接插件连入总线。plc具有总线访问的权限,可以读取水位计,闸门开度仪等的实时数据,从而达到监视设备运行状态的目的。
四、水闸调度方式
(一)分洪闸调度
分洪闸以a市作为防洪保护区代表站和闸前的水位(或流量)作为控制条件。根据上游水情及分洪闸以下河道的安全泄量情况,适时开闸分泄超额洪水入分洪道或分洪区,并根据水情及防汛情况及时调整分洪流量,以充分利用河道泄洪能力及减少分洪损失。同时充分考虑发电所需水量,在一般情况下,电站正常发电回水位在a大桥处应控制在78.5m以下,其相应的入库流量为4800m3/s。而在天然情况下,a大桥水位78.5m其相应流量约为9000m3/s,因此,水库发电运行调度要重点研究入库流量4800m3/s～9000m3/s时,保证a大桥处的水位不超过78.5m的相应措施。当入库流量超过9000m3/s时,为减少对a市水位的影响,水库必须腾空,经研究水库水位维持72.5m,对a大桥的水位基本没有影响,因此水库腾空至72.5m时,为方便回蓄,水位可维持不变。当洪水更大时,分洪闸敞开泄洪。
根据水电站的水情自动测报系统持续提供的24h精确的流量预报,发电调度可以根据24h预报入库流量进行,按上述要求,结合闸门模型试验成果,发电调度可分三个流量段进行:
1.当24h预报入库流量小于4800m3/s时,维持正常蓄水位77.5m运行,结合面临流量的大小,由厂房发电与泄水闸ⅰ区8孔联合运行调度闸门的启闭控泄流量。
2.当24h预报入库流量在4800m3/s～9000m3/s之间时,为保证柳江大桥水位不超过78.5m,又方便水库回蓄,按坝前水位、预报流量及面临流量进行调蓄调度,由泄水闸ⅰ区8孔和ⅱ区10孔共同以相同的闸门开度均匀启闭进行控泄。
3.当24h预报入库流量大于9000m3/s时,水库泄至72.5m。洪水再大,18孔泄水闸敞开泄洪。当洪峰过后,直至预报入库流量小于4800m3/s、面临流量小于8200m3/s时,水库逐渐回蓄至77.5m,恢复正常发电运行。为满足蓄泄期间的通航水位变幅要求,每小时蓄泄变化的流量不大于1000m3/s。
(二)挡潮闸调度
主要考虑到该水利工程年降雨不平均、汛期径流量大的因素,为阻挡高潮入侵,以满足排涝、防洪、灌溉、航运等方面的要求。采取分季节分级控制河网水位、根据气象水文预报提前排水和及时蓄水,使排涝与灌溉均得到较好满足。控制河网水位时,也考虑航运的要求。同时十分重视挡潮闸前淤积问题,充分利用潮水和汛前泄水冲淤。
(三)排水闸调度
及时的排除涝水,控制闸上水位不超过耕作要求的水位。在汛期外河水位高涨时,及时关闸,防止倒灌,并利用外河水位短期回落时机开闸抢排涝水。在汛后,外河水位低于闸内水位时,即开闸排水,以使尽可能多的土地进行耕种。对于灌排两用闸,当灌溉季节遇到干旱年份应根据农田需要,适时开闸引水灌溉。并根据河道自然条件在鱼苗旺发期引水“灌江纳苗”,将鱼苗送入闸内河道。
(四)进水闸调度
根据灌区和电站的需水要求,及考虑到外河水位的变化,有计划地引水。趁外河涨水时机及时开闸引水,使湖泊水库尽快充满。
五、结语
水闸的调度,关系到水利工程的安全和国民经济各部门对除害兴利、综合利用水资源的要求,应根据其承担任务的主次关系及相互结合情况,建立科学的调度方案,对水闸的整个运营过程进行动态监控和优化管理,处理好防洪与兴利的关系直至共同达到整体综合最优效益。
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