География и геология/3. Гидрология и водные ресурсы

М.н.с Стульнев В.И., с.н.с. Баджанов Б.М., д.т.н. Карлыханов О.К.

Казахский научно-исследовательский институт, Казахстан

Программное управление затворами гидросооружения

Рациональное использование водных ресурсов тесно связано с сокращением потерь воды в процессе хозяйственной деятельности. Актуальность управления водными ресурсами включает ряд отдельных проблем научного, технического, организационного и экономического характера.

Цель настоящей работы решить задачу сбережения водных ресурсов в части улучшения процесса регулирования водных потоков на примере Кызылординского (Казахстан) гидроузла на реке Сырдарья. Казахстан относится к числу государств, которые имеют ограниченные водные ресурсы. Наиболее значимые источники поверхностных вод находятся на территории соседних государств, экономическая активность которых ведет к сокращению поступления водных ресурсов на территорию Казахстана.

Уровень проблемы водной безопасности обусловлен появлением Государственной программы управления водными ресурсами Республики Казахстан на 2014-2040 годы. В области водообеспечения в одном ряду определяются влияния глобального и регионального изменений климата, экологии, демографической ситуации, согласованность межгосударственных водных отношений, использование водозатратных технологий и несовершенство технических средств по учету, очистке, регулированию и распределению водных ресурсов. В этой связи решение водных проблем Республики Казахстан требует применения инновационных подходов, вариант которого был осуществлен на Кызылординском гидроузле.

Гидроузел расположен в границах одноименного города на реке Сырдарья. В составе гидроузла низконапорная плотина – пять пролетов с сегментными затворами шириной по 16 м, левобережный регулятор – шесть плоских затворов с максимальной пропускной способностью 208 м³/с, правобережный регулятор – три плоских затвора пропускной способностью 110 м³/с.

Механизмы подъема-опускания затворов оборудованы электроприводами с местными пультами управления, что частично способствует организации плановой подачи воды потребителям при нестабильном стоке источников и каналов. Операции по управлению гидротехническим сооружением выполнялись вручную включением-выключением электроприводов механизмов подъема-опускания затворов сливных пролетов для поддержания технологического горизонта уровня воды 128,80 м в верхнем бьефе.

Способ управления приводил к значительным переборам и сбросам воды, отклонениям от графиков водораспределения.

Основные научно-исследовательские усилия были направлены на преодоление неприспособленности к автоматизации основного технологического оборудования. Автоматизация гидроузла осуществлена в три этапа. Первым этапом создана автоматизированная система контроля и учета уровней воды верхнего и нижнего бьефов реки, левостороннего и правостороннего магистральных каналов. Система построена не базе ультразвуковых датчиков The Probe 7ML1201-1EE00, контроллера Fx3G-14MR, персонального компьютера и программного обеспечения MX4-SCADA-500. Коммутация системы осуществляется с применением радиомодемов по схеме «звезда».

Вторым этапом мероприятия выполнено дистанционное управление электроприводами механизмов маневрирования затворами плотины. При этом принято решение отказаться от обратного для каждого затвора информационного канала, включающего в себя значительный объем оборудования, что снижает эффективность и надежность управления. Конструктивное решение для дистанционного управления электроприводами затворов плотины обосновано использованием таймера контроллера и соответствующего его программирования. Система работает под управлением диспетчера: электроприводы затворов управляются модулями 8 дискретных входов-выходов FxN-8EX(EYR)-ES/UL, продолжительность поочередного включения составляет 5 ÷ 25 сек. На мониторе диспетчера на мнемосхеме отражается в цвете работающий затвор и величина его открытия в %, на мониторе видеонаблюдения перемещение затвора и гидрологическая обстановка, рисунок.

Рисунок – Мнемосхема на мониторе диспетчера

Третий этап автоматизации процесса регулирования сброса воды реализован модернизацией программы контроллера для автоматического управления затворами в зависимости от уровня воды верхнего бьефа. При этом обязанность диспетчера состоит в наблюдении и процесса и плановой его корректировке.

В составе четвертого этапа создания автоматизированного управления технологическим процессом водорегулирования предполагается автоматизировать управление затворами регуляторов, разработать математическое обеспечение подсистем оперативного управления для оптимальных управляющих воздействий на регулирующее оборудование гидроузла и накопления данных для синтеза оптимальных управлений.