石 強(qiáng)

(廣東省潮州供水樞紐管理處,廣東 潮州 521011)

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潮州供水樞紐船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)“船閘”兼做“魚閘”模式改造

石 強(qiáng)

(廣東省潮州供水樞紐管理處,廣東 潮州 521011)

根據(jù)樞紐船閘運(yùn)行工況,以船閘閘室兼做魚道,在原機(jī)電設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備基礎(chǔ)上,對(duì)船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)晝間“船閘”模式與夜間“魚閘”模式并存,以減小潮州供水樞紐工程對(duì)洄游性漁業(yè)資源的不利影響。

供水樞紐；監(jiān)控系統(tǒng)；船閘；魚閘；改造

1 工程概況

1.1 工程綜合效益

廣東省潮州供水樞紐工程壩址位于韓江下游東、西溪兩溪口附近,是合理調(diào)配東溪、西溪、北溪水資源,為城鎮(zhèn)及工農(nóng)業(yè)供水創(chuàng)造條件,結(jié)合發(fā)電、兼顧航運(yùn)及改善水環(huán)境等綜合利用的1等大(Ⅰ)型水利工程。工程投運(yùn)至今,合理地調(diào)配了韓江下游及三角洲河網(wǎng)的水資源分配,充分發(fā)揮了其綜合效益。

1.2 工程主要影響

潮州供水樞紐工程綜合效益顯現(xiàn)的同時(shí),對(duì)河道內(nèi)洄游性漁業(yè)資源環(huán)境造成了一定的影響。主要原因：①攔河閘壩的投運(yùn)破壞了原有河流生態(tài)連續(xù)流水體系,使河流轉(zhuǎn)變成為一系列連續(xù)分布但又相互分離的靜水生態(tài)系統(tǒng)；②河湖水庫形成后,庫區(qū)水體的水溫、流速和溶氧等呈現(xiàn)明顯的垂直分層現(xiàn)象,影響了原生態(tài)系統(tǒng)的物種結(jié)構(gòu)、再生產(chǎn)力、泥沙淤積、富營(yíng)養(yǎng)化速度、棲息生存環(huán)境等；③興建攔河閘壩一定程度上阻斷了洄游性魚類的溯河與降河洄游通道,導(dǎo)致了其洄游率、繁殖率的下降,以及機(jī)械損傷率和死亡率的增加。

2 改造目標(biāo)

為落實(shí)環(huán)境保護(hù)部(環(huán)驗(yàn)函〔2012〕77號(hào))文件的要求,最大程度地減小潮州供水樞紐工程對(duì)洄游性漁業(yè)資源的不利影響,有效解決韓江下游及三角洲河網(wǎng)區(qū)魚類資源洄游通道的暢通問題,促進(jìn)韓江漁業(yè)資源的可持續(xù)、健康發(fā)展[1],針對(duì)鰻鱺洄游的生存特點(diǎn),結(jié)合樞紐船閘運(yùn)行工況,將原船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造為“船閘”與“魚閘”功能并存的系統(tǒng)。

3 項(xiàng)目實(shí)施

3.1 原船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

船閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式、分層分布式設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),由船閘監(jiān)控室設(shè)備和現(xiàn)地控制單元等組成,監(jiān)控對(duì)象主要為：船閘上、下閘首左右兩側(cè)人字門和廊道工作門。此外還研發(fā)集成了船只調(diào)度模擬系統(tǒng)、船閘收費(fèi)系統(tǒng),在完成對(duì)船閘運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí),可對(duì)進(jìn)出閘船只進(jìn)行繳費(fèi)登記和調(diào)度模擬。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

監(jiān)控室層設(shè)置兩臺(tái)互為冗余的操作員工作站和一臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器,實(shí)時(shí)監(jiān)視船閘運(yùn)行狀態(tài),完成操作控制命令下發(fā)?，F(xiàn)地層設(shè)5個(gè)現(xiàn)地控制單元,4個(gè)為閘首LCU屏,1個(gè)為公用LCU屏,各閘首LCU屏之間的通信采用現(xiàn)場(chǎng)總線,與上位機(jī)之間的通信采用光纖以太網(wǎng)。該系統(tǒng)還包括廣播、工業(yè)電視、通航信號(hào)燈等輔助設(shè)備,構(gòu)成一個(gè)完整的、獨(dú)立的過船控制監(jiān)視系統(tǒng)。

該系統(tǒng)從2005年投運(yùn)至今,運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)便,且運(yùn)行人員熟悉,因此基于原系統(tǒng)進(jìn)行“船閘”兼做“魚閘”模式改造,運(yùn)行人員能較快掌握操作方法,保證運(yùn)行工作的延續(xù)性,同時(shí)也可減少改造工程量。

圖1 船閘監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

3.2 “船閘”兼做“魚閘”模式改造

3.2.1 改造項(xiàng)目工程原理

根據(jù)鰻鱺魚類的生理特性,鰻鱺等魚類具有怕光、晝伏夜出,對(duì)水壓、水流向、水流度等感知能力強(qiáng),溯河能力強(qiáng)等特性[2]。結(jié)合潮州供水樞紐船閘夜間禁止過船的實(shí)際情況,參照荷蘭默茲河上已建阿那克魯沙魚閘的良好運(yùn)行狀況,在船閘原運(yùn)行調(diào)度的基礎(chǔ)上,以船閘閘室兼做魚道,進(jìn)行適當(dāng)改造,增設(shè)河流模擬系統(tǒng)、強(qiáng)光驅(qū)趕系統(tǒng)、增氧指引系統(tǒng)等工程措施[3],配合其它調(diào)度管理措施,使其改造為滿足鰻鱺洄游的改良型船閘兼作魚閘,既滿足過船需求,又具備魚閘功能。工程原理如圖2所示。

圖2 工程原理示意

3.2.2 兩種模式的運(yùn)行時(shí)段設(shè)計(jì)

樞紐船閘按“魚閘”模式運(yùn)行的時(shí)間為：每年4—6月的幼鰻或鰻苗溯河時(shí)段和8—11月的成鰻降河時(shí)段,每天夜間19:00至次日7:00運(yùn)行,“魚閘”運(yùn)行模式期間,禁止過船。

樞紐船閘按“船閘”模式運(yùn)行的時(shí)間為：鰻鱺洄游季節(jié)的每天晝間7:00至當(dāng)日19:00以及其它非洄游季節(jié)的晝間。

3.2.3 基于原系統(tǒng)上位機(jī)功能擴(kuò)展

基于原船閘EC 2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模式,保持原上位機(jī)不變,新增1臺(tái)魚閘上位機(jī),“魚閘”運(yùn)行模式相關(guān)控制流程編寫在魚閘上位機(jī)中。數(shù)據(jù)庫重新組態(tài)、新增設(shè)備測(cè)點(diǎn),上位機(jī)OPC中配置相應(yīng)新增測(cè)點(diǎn)、增加“魚閘”運(yùn)行模式相關(guān)操作畫面、報(bào)警、簡(jiǎn)報(bào)、報(bào)表等功能。

在軟件編程方面,做到：①對(duì)上引航道路燈、閘室路燈的控制,可以在手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩個(gè)功能間切換。②能夠使上引航道、閘室內(nèi)原有的紅綠燈在船閘運(yùn)行模式時(shí)能按原有的規(guī)定正常指示,在魚閘運(yùn)行模式時(shí)常亮紅燈,示意船只不能通航。③在上位機(jī)將船閘控制功能和魚閘控制功能分開,并以晝間不能運(yùn)行魚閘模式為條件,將2種運(yùn)行模式互相閉鎖,避免運(yùn)行人員誤操作。④運(yùn)行魚閘模式時(shí),閘門的定時(shí)啟、閉以及路燈的自動(dòng)開關(guān)都可以通過微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),并按照要求的時(shí)間間隔自動(dòng)完成各個(gè)循環(huán)周期。

3.2.4 基于原系統(tǒng)下位機(jī)功能擴(kuò)展

新增“魚閘”與原“船閘”模式共用下位機(jī),只需在上、下閘首現(xiàn)地控制單元4套S 7-300 PLC程序塊中增加魚閘流程功能,以及與“船閘”模式的閉鎖功能。在公用配電LCU柜中,增加相應(yīng)的PLC開出模塊、開關(guān)電源、相應(yīng)繼電器開出回路等設(shè)備。最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)魚強(qiáng)光燈組和上下閘首閘門等設(shè)備的控制。

3.2.5 “魚閘”模式具體流程

1) 溯河洄游流程

① 準(zhǔn)備階段：照射到水域的燈具全部關(guān)閉,盡量營(yíng)造船閘區(qū)域鰻鱺喜歡的黑暗水域環(huán)境；打開強(qiáng)光驅(qū)趕系統(tǒng),發(fā)揮燈光隔離墻的作用,驅(qū)趕鰻苗至船閘下游引航道處；打開上游增氧指引系統(tǒng),營(yíng)造富氧環(huán)境,吸引鰻鱺往庫區(qū)上游游動(dòng)。

② 誘魚入室階段：上游輸水廊道門、上游人字門處于關(guān)閉狀態(tài)。下游泄水廊道門先開啟至全開, 至閘室水位與下游河面處于平水狀態(tài),下游人字門開啟至全開,打開上游輸水廊道閘門4%的開度,保持此狀態(tài)模擬閘室河流模式,持續(xù)時(shí)間約60 min,吸引鰻鱺往閘室內(nèi)聚集。

③ 閘室充水階段：首先關(guān)閉上游輸水廊道閘門,閘室水位與下游水位平水后,關(guān)閉下游人字門,關(guān)閉下游泄水廊道門,在此狀態(tài)再開啟上游輸水廊道閘門100%開度進(jìn)行魚閘充水,至與庫區(qū)平水后,再將上游人字門全部開啟與庫區(qū)水域相連通,全程用時(shí)約15 min。

④ 驅(qū)魚入庫階段：打開下游泄水廊道閘門4%的開度,模擬閘室河流模式,并按程序開啟強(qiáng)光驅(qū)趕控制系統(tǒng),由下游往上游順序每隔100 s依次開啟1組強(qiáng)光燈,總共47組強(qiáng)光燈,全程用時(shí)約78.3 min,每天夜間按4個(gè)循環(huán)執(zhí)行。

⑤ 魚閘泄水階段：首先關(guān)閉下游泄水廊道閘門,其次關(guān)閉上游人字門,關(guān)閉上游輸水廊道門,在此狀態(tài)再開啟下游泄水廊道閘門100%開度進(jìn)行魚閘泄水,至與下游平水,再將下游人字門全部開啟與下游相連通,全程用時(shí)約15 min。

⑥ 重啟循環(huán)周期：1次性全部關(guān)閉強(qiáng)光驅(qū)趕控制系統(tǒng),并重啟下1個(gè)循環(huán)。1個(gè)循環(huán)用時(shí)約2.5 h,每天夜間按4個(gè)循環(huán)執(zhí)行。

2) 降河洄游流程

按照鰻苗溯河洄游流程進(jìn)行逆操作,根據(jù)成鰻喜愛游動(dòng)速度更快的特點(diǎn),適當(dāng)縮短強(qiáng)光燈開啟間隔時(shí)間,調(diào)整為每60 s開啟1盞,開啟燈光用時(shí)共47 min。

① 準(zhǔn)備階段：照射到水域的照明燈具全部關(guān)閉,曝氣增氧機(jī)全部開啟。

② 誘魚入室階段：下游泄水廊道門、下游人字門處于關(guān)閉狀態(tài)。上游輸水廊道門先開啟至全開,至閘室水位與上游河面處于平水狀態(tài),上游人字門全部開啟,打開下游泄水廊道閘門4%的開度,保持此狀態(tài)模擬閘室河流模式,持續(xù)時(shí)間約60 min,吸引鰻鱺往閘室內(nèi)聚集。

③ 閘室泄水階段：首先關(guān)閉下游泄水廊道閘門,其次關(guān)閉上游人字門,關(guān)閉上游輸水廊道閘門,在此狀態(tài)再開啟下游泄水廊道閘門100%開度進(jìn)行魚閘泄水,至與下游平水后,再將下游人字門全部開啟與下游水域相連通,全程用時(shí)約15 min。

④ 驅(qū)魚入江階段：打開上游輸水廊道閘門4%的開度,模擬閘室河流模式,并按程序開啟強(qiáng)光驅(qū)趕控制系統(tǒng),由上游往下游順序依次開啟強(qiáng)光燈,時(shí)間間隔為60 s,全程用時(shí)約47 min。

⑤ 閘室充水階段：首先關(guān)閉上游輸水廊道閘門,其次關(guān)閉下游人字門,關(guān)閉下游泄水廊道閘門,在此狀態(tài)再開啟上游輸水廊道閘門100%開度進(jìn)行魚閘充水,至與上游平水,再將上游人字門全部開啟與上游相連通,全程用時(shí)約15 min。

⑥ 重啟循環(huán)周期：1次性全部關(guān)閉強(qiáng)光驅(qū)趕控制系統(tǒng),并重啟下1個(gè)循環(huán)。1個(gè)循環(huán)用時(shí)約2 h,每天夜間按6個(gè)循環(huán)執(zhí)行。

“魚閘”模式流程[3]如圖3所示。

圖3 魚閘模式流程示意

4 后續(xù)完善

2013年12月底,全部改造完成并通過驗(yàn)收,在2014年4—6月幼鰻或鰻苗溯河時(shí)段長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行“魚閘”模式時(shí)發(fā)現(xiàn),下左廊道門震動(dòng)較明顯。經(jīng)檢查和測(cè)試,由于“魚閘”模式時(shí)通閘運(yùn)行,廊道門開度為4%～8%范圍內(nèi)水流流速較大,廊道流態(tài)不順暢,工作門背水側(cè)存在隔阻,水流回轉(zhuǎn)形成渦流,從而引起共振。采取兩方面措施解決了此問題：一是機(jī)械部分,在廊道門下游面下部點(diǎn)焊5 mm厚鐵板,鉆孔固定使其減除隔阻,阻斷水流形成回轉(zhuǎn)渦流；二是監(jiān)控部分,模擬閘室河流模式的下左廊道門開度保持打開4%調(diào)整為3%,避開震動(dòng)區(qū)間。

5 結(jié)語

“船閘”兼做“魚閘”模式改造充分利用了船閘年度檢修的停航時(shí)間段,避免了長(zhǎng)期停航造成的社會(huì)影響。改造項(xiàng)目作為潮州供水樞紐工程的環(huán)境保護(hù)補(bǔ)救措施,于2014年初順利通過了國(guó)家環(huán)保部環(huán)保專項(xiàng)驗(yàn)收。根據(jù)改造后2年多的運(yùn)行情況,晝間“船閘”模式和夜間“魚閘”模式均運(yùn)行正常良好,在發(fā)揮潮州供水樞紐工程社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)盡可能減少了對(duì)洄游性漁業(yè)資源的不利影響。

[1] 水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水.低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南(試行) ：環(huán)評(píng)函〔2006〕4 號(hào)[A].2006．

[2] 周建平，黨林才.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2012．

[3] 吳慧珠，楊克斌.潮洲供水樞紐工程船閘改造與增設(shè)誘魚驅(qū)魚設(shè)施項(xiàng)目電氣部份施工圖[R].汕頭：汕頭市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,2013．

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

“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 “l(fā)ock” 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

石強(qiáng)(1982),男,本科,工程師,主要從事水利機(jī)電技術(shù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控以及水利信息化的維護(hù)和管理工作。

TV741

B

1008-0112(2016)06-0048-05