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亚控水量调度管理大数据平台案例

一、行业概况

随着经济的高速发展,过快的人口增长,城镇化的加速建设,各地用水量不断增加,相继出现供水紧张的问题,在合理利用水资源的同时,重视对水资源的开发和管理,促进水资源的可持续发展。目前我国正在建设和规划的大型调水工程有南水北调、引江济汉、滇中调水、引汉济渭等,调水工程是实现我国水资源优化配置的战略举措,对于促进区域经济发展、环境改善和社会稳定具有十分重要意义。

因此合理配置和有效利用水资源,不仅符合国家提出的水资源“总量控制、定额管理”的节水目标,同时对调水沿线城市供水、农村供水、灌区和农业灌溉、生态环境修护和工业供水起到决定作用。其中水量调度系统是调水工程的自动控制中枢,是一项复杂的系统工程,其总体目标是在满足调水资源合理配置的条件下,如何将水源地的有限水资源进行合理分配,并将调水量按计划、安全、适时、适量、高效地输送到各分水口。

进入21世纪后,国内对节约水资源日益重视以及一大批跨流域调水工程的建设,水量调度管理系统在国内得到了很大的发展,相继在南水北调东线、中线工程中得到应用。

二、面临的问题

(1)水资源调配问题

调水工程沿线位于不同的地域,用户组成特点不一,缺水程度不同,从合理利用水资源角度出发,需要制定切实可行的水资源调配方案,将水源地有限水资源进行合理分配,发挥尽可能大的效益。

(2)正常运行控制问题

大型调水工程输水距离长、控制节点多,水力条件非常复杂,正常运行时,全线多座节制(泵站)、分水闸必须高度协调,否则可能发生满溢的危险,因此水量调度过程中需要制定切实可行的运行控制策略和规则,保障干渠的运行安全,并将用水高效地输送至用户。

(3)冰期输水运行调度问题

在北方存在冬季渠道结冰的问题,冬季输水时间长达几个月。总干渠渠道结冰后,输水能力不可避免的减小,输水能力减小必然影响到输水计划的执行,因此需要对干渠渠道冰期输水能力进行研究。

(4)事故应急调度问题

由于调水工程输水系统的复杂性,输水过程中可能出现各种事故或紧急情况,发生事故时,如何做到首先防止事故段的扩展,其次保证上游段的正常输水,再次尽量延长事故下游段的供水,尽量将事故影响减到最低。

三、系统功能简介

查询统计分析

过程性查询

基于GIS,在一张图上,定时段或给定任意时段进行查询统计、生成报表、绘制曲线等。
在GIS地图上点击气泡(流量、水量、水位、水质、压力、温度、降雨量、设备工况、工程安全),弹出查询统计弹窗,选择监测类型、监测点、监测位置、监测时间。


 

 

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报表查询统计

根据时间、类型、监测站点进行选择水情、工程运行、工程安全的日报、月报、年报查询和打印。


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工程来水分析预测

中长期来水量预测

时间序列分析是根据得到的时间序列数据,通过曲线拟合和参数估计来建立数学模型的理论和方法。对来水量的预测,在已知历史年、月、旬来水量数据的情况下,我们可以考虑采用时间序列的建模方法。

 

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短期来水量预测

对短期来水量的预测,主要采用上游多个水文站不同时段的流量数据,水位数据,上游各区间在预测时段的降雨量数据以及其他相关数据,建立多元线性回归模型。


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日常调度管理

水量调度方案

用水申请

引水工程各点将年、月、旬计划用水情况通过纸质文件或电子文件报送各管理分中心,各管理分中心报送管理处,并由人工将信息录入该系统。

 

 

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年分配方案编制

各调度分中心每年10月20日前提交明年的年用水总量申请和分月需水量范围,方案编制人员汇总需水过程,检查预计到本年末的各调度分中心预计总引水量与本年度实际折合后的引水偏差情况,根据不同保证率的可调水量总量和预定的丰增枯减规则确定调度分中心年供水量,检查概化模型,并通过选择不同的分配规则调用水量分配方案编制模块得到多个备选分配方案。


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月分配方案编制

各调度分中心每月25日提交下月的各旬引水总量申请,方案编制人员汇总供需过程,统计各调度分中心已发生的引水量与计划引水总量的偏差,为保证本调度年剩余时段引水计划,必要时按预先向各调度分中心明确的盈亏扣补规则调整下月的引水量,通过调用水量分配方案编制模块编制下月各旬水量分配方案。


 

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旬分配方案编制

各调度分中心每旬末提交下旬的各日引水总量和每日水量申请,旬末,方案编制人员汇总供需过程,统计各调度分中心本旬实际引水量与计划引水总量的偏差,计算本调度年的累计偏差,按盈亏扣补规则调整各分调度分中心下旬的引水量,通过调用水量分配方案编制模块编制下旬每天水量分配方案。


 

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分配方案查询

根据查询条件时间、方案编号、进行方案查询。以表格形式展示查询结果,点击查看按钮可以查看方案详细内容。


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日常调度管理

调度指令生成

调度中心用户可以自动和人工的方式生成调度指令。自动生成调令功能需要调度值班员选择已审核通过的【日调度方案】直接生成调度指令,可对调度指令信息进行修改与删除。人工生成调令功能需要调度值班员根据日常调度需要在列表中输入调令内容。


 

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调度指令审核

 

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调度指令下发

审批通过后的调度指令,包括了当前调度期的一组全线泵站、闸门的目标流量,发送给设施监控系统执行。设施监控系统将执行实时反馈给调度中心、各管理分中心等调度管理部门。当闸门流量在目标值的变化阈值内,属于正常调度,水量调度系统仅接收设施监控系统的反馈;当闸门流量、水位(或者开度)超过目标值的变化阈值,则由设施监控系统反馈当前的开度、水位、流量状态并发送警报,水量调度系统接收设施监控系统的警报,根据当前调度状态和调度目标调用实时调度模型生成新的全线或局部调度指令发送设施监控系统执行并反馈。

 

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调度指令反馈

调令下发后,现地站调度值班员接收调令后必须立即向调度中心进行反馈。如果调令不可行,说明原因;如果调令可行,现地站必须1 5分钟内执行调令,调令执行后将结果信息反馈至调度中心。

 

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调度方案评价

水量调度评价模块的设计目标是建立评价水量调度方案实施效果的评价指标、评价方法和调度计划评价模型,从计划完成情况、供水保证程度、输水稳定情况、供水效率、供水能力等方面对年、月、旬水量调度结果进行评价,通过评价,不断优化调度参数,提高引水工程运行效益和供水利用效率,为滚动编制日调度方案提供支持。


 

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应急调度管理

应急预案管理

应急预案管理包括应急预案的查询和新增功能,管理员根据防汛应急、工程除险、应急供水等不同类别进行应急预案的新增。

 

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应急会商决策

应急会商管理

用户可以根据应急事件类别、事件程度进行应急会商查询和新增,应急会商管理针对发生的应急事件,会商管理人员将应急事件类别、应急事件名称、会商时间、会商主题、会商形式、事件程度、参会部门、应急事件概要进行下发,实现会商流程的自动管理。


 

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会商信息管理

应急事件发生时会商系统必须能够迅速地获取相关应急事件的主题信息,快速准确地向会商决策者展示信息,因此需要预先应用会商信息管理模块对会商信息进行制作、集成和管理,即信息模板,管理员可以根据应急事件类别进行会商信息的查询。

 

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会商信息展示

应急事件发生后,应急会商管理人员会根据会商管理流程制定会商信息,完成之后会商决策人员通过点击GIS地图上的应急事件报警点,系统弹出会商信息展示界面,根据不同的应急事件展示不同信息。


 

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会商方案管理

用户根据会商决策内容,进行会商方案的生成,会商方案管理提供了查询和新增功能。


 

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会商过程管理

会商过程管理根据会商时间进行会商存档的查询、新增,会商过程存档主要是将会商过程中所涉及的会商时间、会商地点、参会人员、相关职责、会商主题、会商应急事件、会商纪要进行保存处理。


 

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应急事件响应

应急响应管理

响应机构管理

进入响应机构管理页面,报表会自动读取应急响应机构数据库数据,将组织机构、专业队伍、协作单位等相关信息展示到页面中,报表有查询、新增、修改、删除人员的功能。

 

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响应机构管理

进入响应物资管理页面,报表会自动读取应急响应物资数据库数据,将应急物资相关信息展示到页面上,报表有查询、新增、修改、删除物资的功能。

 

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调度指令查询

会商分析决策完成之后,制定会商方案并自动生成应急调度指令,应急调度指令会自动保存到应急调度指令查询报表中,并且可以根据时间、调令编号查询条件对应急调度指令进行查询。


 

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应急响应实施

应急调度追踪

应急调度指令下发、执行之后,工作人员可以追踪险情现场实时工况信息和视频信息,完成对应急调度指令的响应进度、方案执行状况、应急处置效果进行监督管理。

 

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应急响应总结

响应总结管理

应急调度执行完成之后需要对应急事件的分析会商、决策指挥、应急处置、财力投入、取得效益、经验教训、先进人物等进行全面总结、记录与管理。


 

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四、项目总结

水量调度管理系统采用工程全线统一调度模式,在对来水和沿线各受水户的用水需求进行分析后,使用年内水量分配模型,制定年、月、旬调度方案进行全线水量分配。根据全线泵/闸(阀)站工作情况和水库、输水管道水情状况,按照水量分配的方案,在水力学模型与各泵闸联合调度模型(实时调度模型)的支持下进行全线水力学计算,下达运行命令给泵/闸(阀)站监控系统执行。泵/闸(阀)站监控系统执行的结果及时反馈到调度系统,由联合调度模型决定是否对控制进行调整重新下达给泵/闸(阀)站监控系统。在这一调度和控制过程中,实时调度和泵/闸(阀)站控制系统实行紧密结合,保障工程调度管理功能的全面实现:

1、水量平衡分析

(1)工程来水分析预测:根据工程水文分析成果,按照年、季、月,建立工程来水分析预测模型,能够形成分析预测图表;

(2)供水对象需求分析:根据工程供水对象的类型、数量、用水时间特征,按照季、月、旬建立用水需求模型,能够形成用水需求图表;

(3)水量调配方案编制:结合工程来水、用水需求分析预测,编制季、月、旬水量调配方案,形成泵站运行、水库调节方案图表。

2、实时监控调度

(1)日供水负荷图编制:根据丰、中、枯水年,结合年来水预测,建立可修订的全年36旬典型日供水负荷调度图,形成工程日调度方案表;

(2)工程运行调度监控:根据日供水调度方案和工程运行实时监测参数,生成详细工程调度指令,细化至现场设备的实时运行要求,并下发执行,并对调度指令执行情况进行远程监控;

(3)工程调度分析评价:根据工程取水、提水、蓄水、供水、弃水量,以及设施设备运行时间、耗能等,分析评价工程运行调度的科学合理性。

3、泵站优化调度

(1)梯级泵站调度研究:根据梯级泵站工程结构特点、水力特性要素,通过数模分析,建立梯级泵站优化调度运行机制、运行规则;

(2)梯级泵站调度模型:根据梯级泵站优化调度运行规则,建立不同初始与边界组合条件下的优化调度数学模型;

(3)联合调度应用开发:在工程运行调度监控开发的基础上,实现梯级泵站优化调度应用功能开发。

4、应急调度管理

(1)应急预案管理:根据整体工程特点、特大干旱、工程事故、水质污染等,制定防汛应急、工程除险、应急供水等的应急预案,实现预案的电子化管理和基于一张图的应用;

(2)应急会商决策:根据应急事件发展变化趋势,分析预测可能出现的灾情及灾害损失,结合应急预案,生成具有技术数据支撑、可供会商领导和专家研判与分析决策的比选应急方案,并具有记录、汇总专家意见和最终决策结论的功能;

(3)应急事件响应:实现应急响应组织机构、专业队伍、协作单位、物资储备的管理,并根据会商分析决策结论,自动生成应急指令,实现应急调令指令执行和反馈追踪。

 

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