摘 要:文章從排澇渦輪流量計應(yīng)急預(yù)排機制、群控聯(lián)合調(diào)度、自動化運行智能性、渦輪流量計運行成本、單站自動化改造以及自動化建設(shè)標準等方面，提出了升級改造惠州地區(qū)排澇渦輪流量計的方向和思路。然后探討了實現(xiàn)水利信息化、管控一體化、遠程監(jiān)測及視頻技術(shù)應(yīng)用的方法途徑，為提高惠州地區(qū)排澇渦輪流量計智能化、實用化升級改造提供一定的決策依據(jù)。

0 引 言

由于天氣異常和地域多雨的特點，惠州地區(qū)的經(jīng)濟社會和生產(chǎn)生活正受到高強度降水形成的內(nèi)澇的困擾。大中型渦輪流量計作為城市排澇的重要組成部分發(fā)揮著不可替代的作用，如何做好排澇渦輪流量計的升級改造，有效解決渦輪流量計管養(yǎng)能力不足和利用效率低等問題，從而實現(xiàn)增效節(jié)能為當前亟需解決問題之一［1］ 。

目前，惠州地區(qū)排澇渦輪流量計建設(shè)的指導(dǎo)性標準還比較缺乏且不同分區(qū)的自動化現(xiàn)狀存在較大差異，主要體現(xiàn)在以下 4 個方面: ①單站機電設(shè)備管養(yǎng)水平和自動建設(shè)水平較低，設(shè)備利用率低; ②渦輪流量計群控率低而規(guī)模大，渦輪流量計群區(qū)域排澇成本高、效率差; ③城鎮(zhèn)水環(huán)境污染和雨污管道混接問題突出，不合理的排水體制嚴重影響著排澇渦輪流量計的自動化建設(shè)和高效運行; ④渦輪流量計運行參數(shù)受涌洪潮水位頂托影響有待進一步的優(yōu)化調(diào)整，還未形成普遍適用、統(tǒng)一的自動化設(shè)計研究方法［2 －4］ 。因此，對自動化建設(shè)標準及其升級改造技術(shù)的研究已成為當前研究的熱點之一。

1 排澇渦輪流量計自動化建設(shè)現(xiàn)狀及問題

1. 1 惠州市排澇渦輪流量計自動化建設(shè)現(xiàn)狀

惠州地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，具有降水多氣溫高臺風(fēng)生成晚和開汛早結(jié)束晚汛期持續(xù)時間長等特征，平均降水量1897. 0mm/a 且在時空分布上極不均衡，近年來短時強降水、雷雨大風(fēng)和冰雹等強對流天氣頻發(fā)，若無法及時排水極有可能發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害，且隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速發(fā)展惠州地區(qū)雨島效應(yīng)日趨頻繁。

將降雨產(chǎn)生的澇水在短時間內(nèi)排出去為排澇站的關(guān)鍵目標，這也是導(dǎo)致節(jié)能增效并未引起相關(guān)部門重視的重要因素，統(tǒng)計資料顯示惠州市惠陽區(qū)的排澇渦輪流量計運行時間較短，且由于近年來氣候降水多變使得渦輪流量計設(shè)計缺乏可靠、穩(wěn)定的依據(jù)，排澇渦輪流量計仍具有較大的節(jié)能增效潛力。除按大型渦輪流量計打捆立項以外的已改造的渦輪流量計通訊系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、計算機監(jiān)控等自動化控制系統(tǒng)均沒有得到有效的改善，保護配置仍較為簡單。另外，部分排澇渦輪流量計雖然引入了一些監(jiān)控設(shè)備，但針對排澇渦輪流量計設(shè)計開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)相對較少，在實際應(yīng)用過程中其效果較差，在很多地區(qū)也就成了擺設(shè) ［5］ 。

在排澇渦輪流量計自動化標準確定時還未形成科學(xué)、合理的評判依據(jù)，自動化建設(shè)規(guī)模在標準過高時偏大，從而導(dǎo)致設(shè)備閑置和投資浪費; 自動化建設(shè)規(guī)模在標準過低時不足，由此需要二次建設(shè)并產(chǎn)生投資浪費。所以，需要深入演技建設(shè)標準的合理確方法。在設(shè)計過程中各單位采取了不同的設(shè)計形式和方法，但主管部門并沒有給予統(tǒng)一和足夠的重視。隨著惠州地區(qū)工業(yè)園區(qū)和新城區(qū)的快速建設(shè)，原有渦輪流量計排澇能力不足的問題日趨突出，在暴雨情況下必將導(dǎo)致內(nèi)澇承載，目前亟需通過渦輪流量計的新建和改建提高當?shù)氐姆罎硿p災(zāi)能力，加強對自動化群控建設(shè)增加城市排澇流量。隨著時代的進步和科技的發(fā)展，比較先進的自動化技術(shù)逐漸使用至新建大型渦輪流量計中，這為未來的節(jié)能增效和優(yōu)化設(shè)計提供了強有力的支撐［6 －8］ 。

1. 2 惠州市排澇渦輪流量計自動化建設(shè)存在的問題

1) 本地區(qū)排澇渦輪流量計以中小型規(guī)模為主，且部分區(qū)域采用的老舊型號并未更新，因此排澇能力和自動化水平存在較大差異。另外，在檢測過程中利用較為常用的 GPＲS、傳感器檢測等技術(shù)還比較少，檢測方法單一、操作簡單，對于渦輪流量計設(shè)備缺乏系統(tǒng)的監(jiān)測。針對自身資源排澇渦輪流量計無法進行有效的整合和維修經(jīng)驗的積累，檢測手段的改進仍存在較大的空間。在運行管理過程中中小型渦輪流量計缺乏可靠的依據(jù)，可為大型渦輪流量計提供借鑒經(jīng)驗相對更少 ［9］ 。

2) 惠州地區(qū)的小型渦輪流量計的平均裝置效率較低，即使大中型渦輪流量計僅有 30% － 50%，排澇渦輪流量計能耗巨大，每臺機組的能源單耗達 6 －8kWh/( ktm) ，距離標準要求的單耗仍存在較大的差距，且能耗浪費問題突出。

3) 排澇渦輪流量計自動化系統(tǒng)應(yīng)具有信息通訊、故障報警、設(shè)備運行監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集與處理等通能，而大部分排澇渦輪流量計并不具備這些功能。加之惠州地區(qū)自動化專業(yè)技術(shù)水平存在較大差異、管理人員缺乏，青工穩(wěn)定性因地域經(jīng)濟發(fā)展而較低，對于高素質(zhì)技師和專業(yè)技工的培養(yǎng)更加缺乏。

總之，目前在惠州地區(qū)渦輪流量計自動化建設(shè)和運行維護管理中存在 5 個問題: ①自動化水平現(xiàn)狀和渦輪流量計運行維護水平存在較大差異，指導(dǎo)性建設(shè)標準缺乏可靠依據(jù); ②單站自動化建設(shè)水平和維護管理水平較低，利用率低; ③管理人員能力和管養(yǎng)水平較低，工作穩(wěn)定性差; ④排澇渦輪流量計群控率低，而規(guī)模較大; ⑤季節(jié)性運行為排澇渦輪流量計的特點，從而使得自動化改造成本高和改造難度大。

2 排澇渦輪流量計自動化改造的解決思路和方向

2. 1 加強單站自動化的提升改造，提升自動化運行的智能性

要體現(xiàn)惠州地區(qū)特殊的地域特色建設(shè)改造單站自動化及運行管理維護，本著安全可靠、經(jīng)濟實用技術(shù)適度先進的原則進行。盲目的改造和不切實際的目標不僅達不到預(yù)期的效果，而且還會造成資源的浪費，因此在自動化建設(shè)過程中不能追求排澇渦輪流量計的“高大上”，而應(yīng)充分考慮惠州地區(qū)的城鎮(zhèn)化普及、多臺風(fēng)天氣及暴雨季節(jié)性頻繁等地域特色，切實有效的提出單站自動化提升途徑和改造方法。在天然流域降雨產(chǎn)流計算時較為常用的方法有推理公式法和綜合單位線法，然而這些由水利部頒發(fā)的計算方法對于城市化區(qū)域降雨產(chǎn)流的計算并不一定適用。在實際計算時有學(xué)者采用了其他的計算方法，并未形成普遍適用的方法，在計算過程中應(yīng)綜合考慮各種因素和特殊情況進行適當?shù)男抻�。目前，在惠州地區(qū)排澇渦輪流量計管理運行、施工建設(shè)和設(shè)計等方面，單站自動化提升和改造策略得以突出體現(xiàn) ［10］ 。對電氣設(shè)備的保護和控制為排澇渦輪流量計管理比較注重的內(nèi)容，通常只是監(jiān)視渦輪流量計設(shè)備及主機組，監(jiān)測進出口水位、閘門開度等，對于其他方面的監(jiān)測比較少。因此，在自動監(jiān)測和保護系統(tǒng)中宜納入所有設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)體系，加強對渦輪流量計輔助設(shè)備和主機組的監(jiān)測，如加強對啟閉機運行狀態(tài)、清污機工作性能、進出水水清、技術(shù)供水的水量水壓、閘門位置與開度、水泵進出口壓力以及主機組的在線監(jiān)測等。在自動監(jiān)測和保護系統(tǒng)中納入這些設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可顯著增強渦輪流量計自動化運行的共享性、實用性和智能性，從而明確渦輪流量計自動化的一般標準和監(jiān)測項目，提出指導(dǎo)性的技術(shù)標準并為自動化新舊渦輪流量計的建設(shè)與改造提供參考。惠州市惠陽區(qū)某排澇渦輪流量計的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，見圖 1。

2. 2 完善自動化建設(shè)標準和管理信息化體系，減低運行成本

渦輪流量計自動化系統(tǒng)涉及到的范圍較廣、情況復(fù)雜且形式多樣，自 2009 年發(fā)布渦輪流量計自動化指導(dǎo)意見以來始終存在標準不一、經(jīng)濟投入差異大和執(zhí)行力度不夠等問題，尤其是在微機運行維護管理和電氣保護方面仍需要進一步完善，截止目前還未形成普遍適用、統(tǒng)一完善的建設(shè)標準。相關(guān)研究對渦輪流量計自動化改造及其現(xiàn)狀分析還不夠深入，仍需要進一步調(diào)研和探索。通過分析問題和現(xiàn)狀調(diào)研，從而提出一套適用于自動化建設(shè)的排澇渦輪流量計指南或標準。在過去本地區(qū)的排澇渦輪流量計仍以中小型規(guī)模為主，大多數(shù)采用老舊型機電設(shè)備和人工分、合斷路器的設(shè)備控制形式。另外，設(shè)備監(jiān)測環(huán)節(jié)較少且監(jiān)控手段單一、簡陋，通常都是在機器不能正常運轉(zhuǎn)或渦輪流量計發(fā)生跳閘停機等故障時才進行維修，對于緊急排澇任務(wù)構(gòu)成了嚴重的不利影響。在故障搶修后缺乏有效的總結(jié)和經(jīng)驗積累，可供借鑒的系統(tǒng)管理制度和運行經(jīng)驗缺乏，不利于維修方法、檢測手段的改進以及現(xiàn)代化排澇渦輪流量計建設(shè)。為降低渦輪流量計運行成本原有渦輪流量計的升級改造和大型渦輪流量計的建設(shè)，應(yīng)充分考慮原有自動化經(jīng)驗教訓(xùn)和運行維護方法。近年來，新建排澇渦輪流量計采用了新的途徑，借鑒了以往的設(shè)計方法取得了理想的成效。在運行過程中排澇渦輪流量計的成本投入較高，渦輪流量計的低收益性與排澇的公益性、季節(jié)性特征相關(guān)，其中財政撥款為其管護資金的主要來源，在暴雨成災(zāi)時地方政府應(yīng)保持管護資金的充裕，重視渦輪流量計的管護。因此，在初期設(shè)計時就要考慮降低渦輪流量計運行成本的問題，采取科學(xué)節(jié)能的方法和低能耗的機電設(shè)備，實施無人值班和狀態(tài)監(jiān)測等措施均可在一定程度上節(jié)約渦輪流量計運行成本。

2. 3 加強排澇渦輪流量計的群控聯(lián)合調(diào)度，建立應(yīng)急預(yù)排機制

為更加充分的發(fā)揮水閘作用和節(jié)約能源消耗，按照內(nèi)河涌水位辯護群控聯(lián)合調(diào)度排澇渦輪流量計，結(jié)合外江潮位預(yù)報和天氣預(yù)報優(yōu)先開啟裝置效率高的渦輪流量計排水，為有效硬度極端暴雨天氣做好預(yù)排搶排等措施�；葜菔谢蓐枀^(qū)某排澇渦輪流量計網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可對引排水方案調(diào)度指令按照數(shù)據(jù)流程，從而實現(xiàn)自上而下的有效傳輸; 系統(tǒng)在線視頻、監(jiān)測等技術(shù)的共享、分發(fā)、傳輸、采集，有助于有效信息的交流和傳遞; 另外，各閘渦輪流量計和調(diào)度中心工作可通過運營商 VPN 技術(shù)實現(xiàn)同一虛擬網(wǎng)絡(luò)的目標，從而提高了通道利用率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/div>