南水北调调度系统在南水北调工程中的应用

南水北调调度系统在南水北调工程中的应用

银川东线工程从长江下游取水，补充水源，在黄淮海平原东侧、半岛和淮河以南的里塘河东西两侧补充水源。工程的主要作用是补充沿线城市及工业用水,兼顾部分农业和生态环境用水。根据北方各省市对水量、水质的要求和东线治污进展情况,东线工程拟在2030年以前分三期实施。第一期工程于2007年建成输水,将水调到山东半岛和鲁北地区,有效缓解该地区最为紧迫的城市缺水问题,并为向天津市应急供水创造条件;第二期工程在第一期工程的基础上扩建输水线路至河北省东南部和天津市,于2010年向河北、天津供水;第三期工程继续扩大调水规模,计划于2030年以前建成,以满足供水范围内国民经济和社会发展对水的需求。南水北调东线工程是一项跨流域的特大型调水工程,工程区域内河道、湖泊及各类水工建筑物众多;新建设施与原有工程设施之间水平档次参差不齐,虽部分泵站和水文站安装了自动监测设备,但输水调度仍以人工调度为主;工程调水与防洪、排涝、灌溉和航运等功能相互结合;供水区内现有的跨流域调水和新增的调水并存,沿线取水口门众多,水量调度关系复杂,水量计量设备落后。为保证南水北调东线工程安全、可靠、长期、稳定地经济运行,合理调配区域内水资源,建立一个机构清晰、层次分明、权责明确的水资源调度系统非常必要。1现有系统存在的问题南水北调东线一期工程在江苏省江水北调工程现状的基础上扩大规模和向北延伸,将山东半岛与鲁北地区连接起来。各省水资源调度系统都是一个相对较封闭的系统,如江苏省江水北调工程采用分级管理方式管理,多数工程由水利厅统一管理,其调度结构图如图1所示,水利厅下设江都管理处、淮安总渠管理处、宿迁骆运管理处、三河闸管理处、淮沭新河管理处等五大事业单位,水利厅根据用水地区反馈的水资源需求状况和降水资料确定调水量,统一下达调度指令,各管理处在接到水利厅下达的调度指令后开启其所管理的重要泵(闸),完成水资源的统一调度。南水北调工程开始运营后,原来的系统将成为南水北调的一个子系统,变成了一个与下游进行水、信息、资金交换的开放系统,所以,原来的系统无论在工程调度还是在运行效率等方面都存在一系列的问题:(1)随着工程开展,原水利工程形成了“你中有我,我中有你”的局面,南水北调扩建或新增的资产使得原有工程已经逐渐融入到了南水北调的大系统中,变成了整个东线一个开放的子系统,而调度运营却还停留在过去的独立封闭系统状态,显然无法满足南水北调东线水资源开放系统统一调度、统一配置、统一管理的要求;(2)原有工程大多是以公益性为主体的多目标、多功能的工程,其水资源调度不牵涉水权分配的问题,而南水北调实施后,省界之间争论较多的就是调来的水如何分配,要实现水资源调度,首先就要解决水权分配的问题;(3)不少输水河段的信息采集手段落后,大多以人工观测为主,自动化程度很低,而且标准不统一,如江苏境内的江水北调系统,沿运河一线部分泵站和水文站虽然安装了自动监测设备,但系统调度仍以人工经验为主;(4)原工程建设时期不统一,且对信息系统的要求不统一,导致各系统的技术指标不同。另外,新建泵站、闸站的设计进度差别较大,多家设计单位标准各异,且江苏、山东两省对调度运行管理系统的要求也不同,从而导致了各泵(闸)站信息采集的种类、采集方式、传输方式、处理方式和数据存储结构有较大差别。以上现有系统存在的种种问题都给东线总的调度运行管理系统设计带来很大的困难。因此,为实现水资源的统一调度、统一管理,达到水资源合理配置的目标,重新设计一套南水北调东线一期工程的调度系统是有必要的。2一期北缘工程水资源规划体系建设2.1实时调度管理在考虑现有工程布置及管理现状、协调流域间和省际间调度需要的基础上,为满足各级工程管理机构调度运行的要求,建议南水北调东线一期工程水资源调度系统采用分层分布式结构,其结构简图如图2所示。首先,根据国务院《水利工程管理体制改革实施意见》的要求,南水北调东线一期工程水资源调度系统的第一层次为南水北调办公室下组建的南水北调东线调度控制中心,该中心负责整个调水的计划编制、任务安排及水量的区域分配、实时调度,协调南水北调东线水资源的运营和调度。其次,按照《南水北调东线工程规划》中制定的管理体制及运作方式,根据各级管理机构的管理权限和管理范围,为适应工程管理体制和各级管理机构的设置情况,在南水北调东线调度控制中心下设江苏省水资源调度中心和山东省水资源调度中心。此外,南四湖地处三省交界,水事纠纷较大,为减少行政区划和流域管理纠纷给调度工作带来的不便,应成立南四湖调度中心,负责南四湖流域与南水北调主体工程相关配套工程的运营与管理,以及南四湖流域南水北调工程的供水与当地水资源的合理调配。因此,南水北调东线一期工程水资源调度系统的第二层主要包括江苏省调度中心、山东省调度中心和南四湖调度中心,三个调度中心之间通过上、下游供需各方联结而成串行链状结构。另外,由于沿线湖泊是南水北调东线水资源的重要调蓄场所,对南水北调水资源的调度就是对沿线湖泊里的水进行调度,所以南水北调东线一期工程水资源调度的第三层为各省子系统内的湖泊调度分中心。在江苏省调度中心下分别设立洪泽湖和骆马湖分中心,在山东省调度中心下分别设立东平湖和大屯分中心,这样可有效避免不同行政区划在同一流域内的水事纠纷。最后,根据湖库闸站及沿线取水口门的配置,将用水地区归属不同的管理处。另按照水源补给的不同,将各省原有的管理处归属不同的湖泊调度分中心,构成南水北调东线一期工程水资源调度系统的第四个层次。2.2水权分配的分配系统的调度首先从南水北调水权的界定开始。用户的水权是指在特定的时间、特定的地点、以商定的价格获取一定水量(水质)的权利。南水北调工程调水量(初始水权)是根据工程沿线各省(市)计划调水量确定的,按照水源的不同,将南水北调水权分为天然水权与工程水权。天然水权是指没有调水工程各用水地区由于天然降水而应该拥有的水权,工程水权是指用水地区由于调水工程的实施而拥有的水权。由于南水北调工程资金来源主要是国家和地方两部分,所以,根据投资主体的不同,工程水权又可以分为国家水权与地方水权。第二步,在水权界定的基础上,确定水权的分配。首先是对工程水权进行分配,按国家与地方投资的比例,确定国家水权与地方水权的总数,按照不同水权的分配原则(如图2),逐层分给江苏省和山东省。由于南四湖调度中心是与江苏省调度中心和山东省调度中心同级,所以在国家水权分配给江苏和山东两省后,还要按地方水权的分配方法将南四湖调度中心下用水地区应该得到的国家水权分给南四湖调度中心。在湖泊调度中心和分中心除了工程水权外还有天然水权,应根据来水和需水情况确定天然水权的分配。水权分配的具体原则作者将另作详述。以上水权的分配只是水权的初始分配,是个总量的概念。系统调度的最后一步就是对已经分配好的水权实现年内分配和实时分配。3资源调度管理的技术支撑南水北调东线工程是一项跨越多个流域、多目标的特大型调水工程,它跨越多个省、市,涉及多级管理单位,沿线湖泊错综复杂,其水资源调度管理任务十分复杂、繁重。而且,水资源调度不是一个纯