南水北調(diào)調(diào)度系統(tǒng)在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用

南水北調(diào)調(diào)度系統(tǒng)在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用

銀川東線工程從長江下游取水，補充水源，在黃淮海平原東側(cè)、半島和淮河以南的里塘河?xùn)|西兩側(cè)補充水源。工程的主要作用是補充沿線城市及工業(yè)用水,兼顧部分農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境用水。根據(jù)北方各省市對水量、水質(zhì)的要求和東線治污進展情況,東線工程擬在2030年以前分三期實施。第一期工程于2007年建成輸水,將水調(diào)到山東半島和魯北地區(qū),有效緩解該地區(qū)最為緊迫的城市缺水問題,并為向天津市應(yīng)急供水創(chuàng)造條件;第二期工程在第一期工程的基礎(chǔ)上擴建輸水線路至河北省東南部和天津市,于2010年向河北、天津供水;第三期工程繼續(xù)擴大調(diào)水規(guī)模,計劃于2030年以前建成,以滿足供水范圍內(nèi)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展對水的需求。南水北調(diào)東線工程是一項跨流域的特大型調(diào)水工程,工程區(qū)域內(nèi)河道、湖泊及各類水工建筑物眾多;新建設(shè)施與原有工程設(shè)施之間水平檔次參差不齊,雖部分泵站和水文站安裝了自動監(jiān)測設(shè)備,但輸水調(diào)度仍以人工調(diào)度為主;工程調(diào)水與防洪、排澇、灌溉和航運等功能相互結(jié)合;供水區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的跨流域調(diào)水和新增的調(diào)水并存,沿線取水口門眾多,水量調(diào)度關(guān)系復(fù)雜,水量計量設(shè)備落后。為保證南水北調(diào)東線工程安全、可靠、長期、穩(wěn)定地經(jīng)濟運行,合理調(diào)配區(qū)域內(nèi)水資源,建立一個機構(gòu)清晰、層次分明、權(quán)責(zé)明確的水資源調(diào)度系統(tǒng)非常必要。1現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題南水北調(diào)東線一期工程在江蘇省江水北調(diào)工程現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上擴大規(guī)模和向北延伸,將山東半島與魯北地區(qū)連接起來。各省水資源調(diào)度系統(tǒng)都是一個相對較封閉的系統(tǒng),如江蘇省江水北調(diào)工程采用分級管理方式管理,多數(shù)工程由水利廳統(tǒng)一管理,其調(diào)度結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,水利廳下設(shè)江都管理處、淮安總渠管理處、宿遷駱運管理處、三河閘管理處、淮沭新河管理處等五大事業(yè)單位,水利廳根據(jù)用水地區(qū)反饋的水資源需求狀況和降水資料確定調(diào)水量,統(tǒng)一下達(dá)調(diào)度指令,各管理處在接到水利廳下達(dá)的調(diào)度指令后開啟其所管理的重要泵(閘),完成水資源的統(tǒng)一調(diào)度。南水北調(diào)工程開始運營后,原來的系統(tǒng)將成為南水北調(diào)的一個子系統(tǒng),變成了一個與下游進行水、信息、資金交換的開放系統(tǒng),所以,原來的系統(tǒng)無論在工程調(diào)度還是在運行效率等方面都存在一系列的問題:(1)隨著工程開展,原水利工程形成了“你中有我,我中有你”的局面,南水北調(diào)擴建或新增的資產(chǎn)使得原有工程已經(jīng)逐漸融入到了南水北調(diào)的大系統(tǒng)中,變成了整個東線一個開放的子系統(tǒng),而調(diào)度運營卻還停留在過去的獨立封閉系統(tǒng)狀態(tài),顯然無法滿足南水北調(diào)東線水資源開放系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一配置、統(tǒng)一管理的要求;(2)原有工程大多是以公益性為主體的多目標(biāo)、多功能的工程,其水資源調(diào)度不牽涉水權(quán)分配的問題,而南水北調(diào)實施后,省界之間爭論較多的就是調(diào)來的水如何分配,要實現(xiàn)水資源調(diào)度,首先就要解決水權(quán)分配的問題;(3)不少輸水河段的信息采集手段落后,大多以人工觀測為主,自動化程度很低,而且標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,如江蘇境內(nèi)的江水北調(diào)系統(tǒng),沿運河一線部分泵站和水文站雖然安裝了自動監(jiān)測設(shè)備,但系統(tǒng)調(diào)度仍以人工經(jīng)驗為主;(4)原工程建設(shè)時期不統(tǒng)一,且對信息系統(tǒng)的要求不統(tǒng)一,導(dǎo)致各系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)不同。另外,新建泵站、閘站的設(shè)計進度差別較大,多家設(shè)計單位標(biāo)準(zhǔn)各異,且江蘇、山東兩省對調(diào)度運行管理系統(tǒng)的要求也不同,從而導(dǎo)致了各泵(閘)站信息采集的種類、采集方式、傳輸方式、處理方式和數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)有較大差別。以上現(xiàn)有系統(tǒng)存在的種種問題都給東線總的調(diào)度運行管理系統(tǒng)設(shè)計帶來很大的困難。因此,為實現(xiàn)水資源的統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理,達(dá)到水資源合理配置的目標(biāo),重新設(shè)計一套南水北調(diào)東線一期工程的調(diào)度系統(tǒng)是有必要的。2一期北緣工程水資源規(guī)劃體系建設(shè)2.1實時調(diào)度管理在考慮現(xiàn)有工程布置及管理現(xiàn)狀、協(xié)調(diào)流域間和省際間調(diào)度需要的基礎(chǔ)上,為滿足各級工程管理機構(gòu)調(diào)度運行的要求,建議南水北調(diào)東線一期工程水資源調(diào)度系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。首先,根據(jù)國務(wù)院《水利工程管理體制改革實施意見》的要求,南水北調(diào)東線一期工程水資源調(diào)度系統(tǒng)的第一層次為南水北調(diào)辦公室下組建的南水北調(diào)東線調(diào)度控制中心,該中心負(fù)責(zé)整個調(diào)水的計劃編制、任務(wù)安排及水量的區(qū)域分配、實時調(diào)度,協(xié)調(diào)南水北調(diào)東線水資源的運營和調(diào)度。其次,按照《南水北調(diào)東線工程規(guī)劃》中制定的管理體制及運作方式,根據(jù)各級管理機構(gòu)的管理權(quán)限和管理范圍,為適應(yīng)工程管理體制和各級管理機構(gòu)的設(shè)置情況,在南水北調(diào)東線調(diào)度控制中心下設(shè)江蘇省水資源調(diào)度中心和山東省水資源調(diào)度中心。此外,南四湖地處三省交界,水事糾紛較大,為減少行政區(qū)劃和流域管理糾紛給調(diào)度工作帶來的不便,應(yīng)成立南四湖調(diào)度中心,負(fù)責(zé)南四湖流域與南水北調(diào)主體工程相關(guān)配套工程的運營與管理,以及南四湖流域南水北調(diào)工程的供水與當(dāng)?shù)厮Y源的合理調(diào)配。因此,南水北調(diào)東線一期工程水資源調(diào)度系統(tǒng)的第二層主要包括江蘇省調(diào)度中心、山東省調(diào)度中心和南四湖調(diào)度中心,三個調(diào)度中心之間通過上、下游供需各方聯(lián)結(jié)而成串行鏈狀結(jié)構(gòu)。另外,由于沿線湖泊是南水北調(diào)東線水資源的重要調(diào)蓄場所,對南水北調(diào)水資源的調(diào)度就是對沿線湖泊里的水進行調(diào)度,所以南水北調(diào)東線一期工程水資源調(diào)度的第三層為各省子系統(tǒng)內(nèi)的湖泊調(diào)度分中心。在江蘇省調(diào)度中心下分別設(shè)立洪澤湖和駱馬湖分中心,在山東省調(diào)度中心下分別設(shè)立東平湖和大屯分中心,這樣可有效避免不同行政區(qū)劃在同一流域內(nèi)的水事糾紛。最后,根據(jù)湖庫閘站及沿線取水口門的配置,將用水地區(qū)歸屬不同的管理處。另按照水源補給的不同,將各省原有的管理處歸屬不同的湖泊調(diào)度分中心,構(gòu)成南水北調(diào)東線一期工程水資源調(diào)度系統(tǒng)的第四個層次。2.2水權(quán)分配的分配系統(tǒng)的調(diào)度首先從南水北調(diào)水權(quán)的界定開始。用戶的水權(quán)是指在特定的時間、特定的地點、以商定的價格獲取一定水量(水質(zhì))的權(quán)利。南水北調(diào)工程調(diào)水量(初始水權(quán))是根據(jù)工程沿線各省(市)計劃調(diào)水量確定的,按照水源的不同,將南水北調(diào)水權(quán)分為天然水權(quán)與工程水權(quán)。天然水權(quán)是指沒有調(diào)水工程各用水地區(qū)由于天然降水而應(yīng)該擁有的水權(quán),工程水權(quán)是指用水地區(qū)由于調(diào)水工程的實施而擁有的水權(quán)。由于南水北調(diào)工程資金來源主要是國家和地方兩部分,所以,根據(jù)投資主體的不同,工程水權(quán)又可以分為國家水權(quán)與地方水權(quán)。第二步,在水權(quán)界定的基礎(chǔ)上,確定水權(quán)的分配。首先是對工程水權(quán)進行分配,按國家與地方投資的比例,確定國家水權(quán)與地方水權(quán)的總數(shù),按照不同水權(quán)的分配原則(如圖2),逐層分給江蘇省和山東省。由于南四湖調(diào)度中心是與江蘇省調(diào)度中心和山東省調(diào)度中心同級,所以在國家水權(quán)分配給江蘇和山東兩省后,還要按地方水權(quán)的分配方法將南四湖調(diào)度中心下用水地區(qū)應(yīng)該得到的國家水權(quán)分給南四湖調(diào)度中心。在湖泊調(diào)度中心和分中心除了工程水權(quán)外還有天然水權(quán),應(yīng)根據(jù)來水和需水情況確定天然水權(quán)的分配。水權(quán)分配的具體原則作者將另作詳述。以上水權(quán)的分配只是水權(quán)的初始分配,是個總量的概念。系統(tǒng)調(diào)度的最后一步就是對已經(jīng)分配好的水權(quán)實現(xiàn)年內(nèi)分配和實時分配。3資源調(diào)度管理的技術(shù)支撐南水北調(diào)東線工程是一項跨越多個流域、多目標(biāo)的特大型調(diào)水工程,它跨越多個省、市,涉及多級管理單位,沿線湖泊錯綜復(fù)雜,其水資源調(diào)度管理任務(wù)十分復(fù)雜、繁重。而且,水資源調(diào)度不是一個純