1 概述

　　加强黄河水资源统一管理、实施黄河水量统一调度，是实现黄河水资源优化配置，确保黄河不断流，使有限的黄河水资源最大限度地发挥社会效益、环境效益和生态效益的重要措施之一。而黄河下游94座引黄涵闸能否实现科学有效地实时监测、控制与调度，是解决下游断流、实现黄河水资源优化配置的关键所在。目前，黄河水量调度监控技术手段比较落后，不能适应日益强化的黄河水资源管理和水量调度工作的需要。虽然黄河连续两个大旱之年不断流，但背后凝聚了多少水调工作者的辛勤汗水和艰苦努力，“绿色颂歌”的谱写确实来之不易。“黄河水资源管理调度监控指挥系统”，正是立足于黄河水资源统一管理调度和优化配置，利用现代信息技术和控制技术，为合理利用黄河水资源、确保黄河不断流提供了有力的技术支撑。　

　　2 系统设计思想

　　遵循黄委黄河水资源统一管理、水量统一调度、总量控制、分级管理、分级负责和系统科学先进、经济实用的原则，立足于现有黄河广域网系统和无线接入通信网系统，实现黄河水资源调度管理的远程监测与控制，确保黄河水调控制断面下泄流量不低于控制指标；根据黄河可供水量指标和引黄用水单位需水量，实现黄河水资源订单供水网络化管理，实时调配各个控制河段之间涵闸引水流量，达到可供水量的优化配置、合理调度；同时提高涵闸监控管理自动化水平，实现流量及预付水费水量自动控制、超量引水自动报警提示与调控，以及远程控制涵闸运行安全保护等功能。

　　2.1 系统设计的科学性、先进性

　　以先进的调度系统，科学的调度手段作保证，提高水量调度的科学性、合理性、时效性：

　　1 通过黄河计算机广域网、黄河通信系统和公网资源，实现对涵闸运行状况、运行参数的远程实时监测与监视；

　　2 根据控制权优先级原则，实现对涵闸运行分级限权远程控制管理；

　　3 改善涵闸管理条件，提高涵闸自动化管理水平；

　　4 通过电子地图、电子表格，直观、动态、实时显示涵闸运行参数和运行状态，达到决策可视化效果；

　　5 实现黄河订单供水申请、审批和引水的网络化管理；

　　6 根据订单批准水量和预付水费水量，实现计算机自动控制引水；

　　7 预留多种扩展接口，可以随时添加其他功能的传感器；

　　8 系统具有较强的兼容性，可直接与有关控制中心网络系统联网，实现资源共享。

　　2.2 系统运行的可靠性、安全性

　　系统的设计，充分考虑了涵闸本身的安全性、计算机网络和通讯系统的特点、以及水位、天气、人为等其他因素对系统的影响情况等，建立了自动报警系统，确保涵闸运行和远程控制万无一失。同时，系统数据的采集、分析、整理、存储、查询，也充分满足了实时监测和远程控制的需要。

　　2.3 系统开发的兼容性、共享性

　　系统设计和所采集的数据资源具有良好的开放性和兼容性，能够较好被其他相关网络系统查询和应用，实现水量调度资源的共享、共用，从而提高资源的利用效率。系统开发研制具有前瞻性，充分考虑系统的扩展和升级，始终保持系统的科学先进特点。

　　3 系统研制的主要内容

　　建设黄河水资源管理调度监控指挥系统。该系统包含市河务局指挥中心、各县河务局监控中心、涵闸监控站。市、县河务局中心主要包括监控计算机、打印机、管理软件和大屏幕投影设备，涵闸控制站包括监控设备、安全保护装置、计算机、运行软件和远程通信系统。市河务局指挥中心通过黄河广域网与县局监控中心联网，县局监控中心通过无线接入通信系统与前端控制站连接，从而实现对涵闸运行状态和运行参数的远程实时监测与控制，实现对黄河水资源订单供水的网络化管理。

　　4 系统工作原理

　　前端闸位控制器、信息显示屏、水位传感器、电压、电流传感器分别有1片单片机与涵闸监控站的计算机通过4芯电缆实现远程多机串行通信。闸位控制器通过霍尔器件实时记录闸位变化，通过继电器等功率器件控制启闭电机，通过单片机与计算机通信，实现远程监测与控制。水位控制器实时采集闸前水位，并发送给计算机。计算机根据闸位、水位高度查找流量曲线，得到流量，并把闸门启闭高度、闸前水位和流量数据发送到闸房内的信息显示屏和远端控制计算机。县河务局的计算机通过调制解调器与涵闸值班室的计算机通信，市局计算机通过黄河计算机广域网与县局计算机通信，从而达到获取涵闸运行状态信息数据与远程监测控制涵闸的目的。当闸前水位抬高，引水流量超过批准引水流量时，系统报警提示并自动调控。当水闸升降到设定的极限高度，接触到限位开关，自动切断涵闸电源，闸门停止升降。当涵闸降落过程中遇到障碍物，克服一定向上顶压丝杠力后，承重弹簧被压缩，接触到行程开关，自动切断涵闸电源，闸门停止降落。闸位控制器、水位传感器均安装备用电源和存储器，在通信中断或没有市电时，系统自动切换到备用电源，单片机仍然正常工作并自动记录闸位、水位，存到存储器里面，待市电和通信正常后再把这些数据自动写入数据库。

　　5 系统综合功能

　　实现黄河水资源的中央控制、限权管理、分级负责、科学调度、优化配置、实时监督、远程控制之目的，为黄河水资源统一管理、统一调度提供强有力的技术保障：

　　(1) 实时监测。通过黄河计算机广域网和无线接入通信网，进行实时数据传输，各级水调部门实现对其所属供水管理单位执行水调命令情况、涵闸运行状况、运行参数进行远程实时监测；

　　(2) 远程监视。通过闸前、闸室、前端监控站视频采集系统，远程监视涵闸运行过程。

　　(3) 远程控制。根据中央集权和控制权优先级原则，实施分级限权管理，实现调度监控指挥中心的集中控制和上级对下级水量调度实施有效的远程控制与调节。当有权限的计算机控制中心实现对指定涵闸的控制时，该控制中心以下各级子控中心和前端控制站均无权启闭所指定的涵闸；

　　(4) 电子地图、电子表格综合控制。

　　(5) 黄河水资源订单供水网络化管理。县、市局网上申请订单用水指标，上级网上审核、网上下达批准的流量和水量，各级根据分配流量、水量，实时监控下级批准流量、水量引用情况，若引水超过批准指标，系统报警提示，并自动予以调整。

　　(6) 预付水费水量自动控制放水。输入用水户预付水费数额和用水户需水时段，计算机自动计算供水量和平均流量，并在上级分配的用水指标范围内自动控制放水，任务完成后，计算机自动关闭涵闸，并计算出实时水费数额，通知用水单位；

　　(7) 流量自动调整和控制。前端计算机依照市局分配流量，根据闸前水位变化情况，在实际引水流量超过分配流量5%时，自动调整闸门启闭高度，以控制流量不超标；

　　(8) 安全运行保护装置。实现限位保护、断电数据保护、闸门运行(启、闭)异常保护等功能，确保涵闸远程控制安全、有效。

　　(9) 自动报警系统。当引水量达到审批水量、引水流量超过批准流量、闸前水位超警戒水位、涵闸在远程控制中遇到故障，系统自动报警，并采取相应的安全保护控制措施。

　　(10) 水调命令网上公告栏。实现水调命令的网上发布，提高其实效性。

　　(11) 自动生成、存储、打印各级、各类水资源报表，建立统一、完善、兼容性好的综合信息数据库，便于各级查询和调用。

　　6 系统主要技术指标

　　(1)工作电压:AC220V；

　　(2)前端计算机采集存储数据平均间隔时间≤10分钟。

　　(3)闸位传感器分辨率0.3mm，测量误差≤1mm；

　　(4)水位传感器测量误差≤5mm；

　　(5)流量测量误差≤5%；

　　(6)闸室显示屏显示数据无误差实时显示，闸位、闸前水位精确到厘米，流量保留两位小数。

　　(7)室外显示屏滚动显示闸位、水位、流量，10分钟变换一次实时数据。

　　(8)闸门运行异常保护装置在闸门正常启闭时不能出现动作，当闸门运行出现异常时，异常行程≤3mm时切断电源。

　　(9)断电记忆装置应在断电的同时启动，后备电源能保证停电167h以上用电。

　　(10)值班室—前端控制器通信速率1200bps，县局—涵闸值班室通信速率9600bps；

　　(11)县局至前端网络连接中断，30秒钟内自动重拨连接。

　　(12)系统平均无故障工作时间(MTBF):2000小时；涵闸前端平均无故障工作时间(MTBF):10000小时；

　　(13)最小维修时间（MTTR）：1小时；

　　(14)工作环境温度：-10~50℃；

　　(15)储藏温度：-30~70℃。

　　7 系统建设的实施情况

　　为保证本系统的科学合理、先进实用和安全可靠，我们先后多次组织人员对一些研制安装监测系统的单位进行了考查和学习，并查阅了大量国内外有关资料。在此基础上，应用计算机软硬件技术、先进的电子技术和传感器技术，在原阳县河务局柳园闸进行了“涵闸自动化远程实时监控管理系统” 的研制开发。

　　经过几年来的不断实践和反复试验，并经过不断的完善和提高，2002年3月，体现“数字水调”思想的“黄河水资源管理调度监控指挥系统”的开发、研制、设计和试运行工作全部完成，系统的整体性能和综合控制功能，以及系统的科学性、先进性、安全性和可靠性已完全能够满足黄河水资源统一管理调度的数字化管理需要。

　　2002年4月29日，河南省科学技术厅组织的鉴定委员会专家对该系统整体运行情况和各项功能进行了现场测试，并在郑州召开了成果鉴定会，经过认真的分析、研究和讨论，鉴定委员会一致认为，“该项成果达到了同类研究国内领先水平，经济、社会效益显著，推广应用前景广阔”。

　　系统鉴定后，我局已在原阳县黄河河务局韩董庄、柳园、祥符朱引黄闸推广，并投入了水资源调度管理应用，实现了省、市、县河务局对原阳三座涵闸的远程实时监控，在今年的黄河水量调度工作中发挥了积极作用，取得了十分显著效果，达到了系统设计目的。

　　6月13日，李国英主任等黄委领导在专程考察该系统后指出，新乡市局开发的黄河水资源管理调度监控指挥系统是适应我们现在整个黄河下游目前微波通信条件下涵闸远程监控的一套系统，该系统是具有广泛推广意义的系统，适合黄河下游推广应用。

　　8 社会效益和经济效益分析

　　系统推广应用后，各级领导和水调工作者坐在办公室，足不出门，通过电子综合显示屏和动态电子表格，实时了解辖区内水资源调度管理整体运行情况，且根据控制权优先级原则，实施远程调度与控制，较之目前督察组沿河督察，工作效率提高几十、上百倍，而且调控质量大大提高，较好保证了有限黄河水资源优化配置和本地区黄河控制断面下泄流量不低于控制标准，为确保黄河不断流提供了可靠技术保证。系统设计过程中充分考虑了系统运行的安全性和可靠性，确保了远程控制安全有效，避免了供水工作中多引少报、少引多报、引水不报和有令不行、有禁不止、擅自开闸现象的发生，从而增强了各级水调部门的责任心，维护了水调工作的权威性和严肃性。由于系统的建设立足于现有的黄河计算机广域网和黄河无线接入通信系统，大大降低了系统建设成本，性能价格比远远优于其他同类系统，为系统的推广应用奠定了坚实的基础。

　　结束语

　　随着“数字黄河”治黄新理念的提出和实施，为黄河水资源统一管理和水量统一调度实现自动化、网络化管理提供了广阔的发展空间和大好机遇。黄河水资源短缺、供需矛盾突出的现状和汪部长提出的确保黄河不断流的艰巨任务，使黄河“数字水调”系统的推广应用更加迫在眉睫，新乡市河务局将全面建设和完善新乡黄河水资源管理调度监控指挥系统，并加大推广力度，为更好地实现黄委提出的“数字黄河”建设目标做出应有的贡献。

　　作者单位：新乡市黄河河务局