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1.前言
南水北调中线工程横跨江、淮、黄、海四大流域,是我国特大型调水工程。其中,渠倒虹是该调水工程中数量最多的一种河渠交叉建筑物。南水北调中线工程总干渠设计为自流输水,水头紧张,分配给每座渠倒虹的设计水头都很少,因此在大流量、小水头的设计条件下,渠倒虹过水断面必然较大。所以南水北调渠倒虹的特点是流量大、水头小、规模空前。
2.渠倒虹的总体布置
(1)轴线选择及管身长度的确定
渠倒虹的轴线受南水北调中线工程总干渠轴线的制约。在地形、地质条件允许的情况下,渠倒虹的轴线尽可能与主河床正交,以减少建筑物的长度,降低投资。
管身长度主要受工程建成后河道洪水、上下游河道洪水壅高情况、工程区地形、地貌、地质条件等因素的影响,长度的确定以不对当地防洪排涝规划造成大的影响为准,并尽量减少工程量。为此应进行调洪演算,拟定几组渠倒虹长度,通过调洪演算得到各种长度对应的上游最高壅水位值,并计算各种方案的工程量,通过方案比选和论证,选择出适宜的长度。
(2)管身布置
斜管段坡度视地形、地质以及水平段管顶埋深等条件确定。为了方便施工和检修,一般采用1:3~1:4的坡度。管身横向缝间距根据地基特性、断面尺寸、温度变幅等条件确定,土基上现浇砼管缝间距采用15~20m,岩基上一般采用15m。
管顶埋置在河道设计洪水冲刷线以下不小于0.5m,当冲刷深度较大时,可适当浅埋,并对管身进行防护。对地震设计烈度7度以上者,采用埋深不小于2.5m。
(3)辅助工程设置问题
渠倒虹由进口段、管身段和出口段三部分组成。
由于南水北调中线工程水源为丹江口水库库水,不需考虑输水中的泥沙问题,因此建筑物进口不设沉沙池。同时由于渠倒虹出口流速很小,也不需设消能工。
为了对渠倒虹进行全面的研究,使工程建立在可靠的技术基础上,河南省水利设计院与郑州工业大学联合进行了以淇河渠倒虹工程为典型的1:20的大型水工模型试验和广泛的资料分析论证。试验表明,节制闸布置在下游便于调节渠倒虹进口水位,改善进口流态,除始流状态外任何流量均不发生进口水跃,掺气现象也不严重,对结构无不良影响。因此,渠倒虹节制闸采用后置方式,设在出口段。检修闸设在进口段。管身进、出口底部高程采用与总干渠渠底高程相同,不再降低。
关于通气孔的设置问题,根据试验,实测渠倒虹进口曲面压强分布均为正压,无法正常通气。一般设置通气孔主要用于稳压水流,防止气蚀,这些问题对于南水北调中线工程这种低水头、大流量的渠倒虹工程均不存在,而小流量由闸门控制运行时出现的掺气问题可在运用控制时解决。所以,南水北调渠倒虹无设置通气孔的必要。
转贴于 3.建筑物的选型
(1) 进、出口渐变段
进、出口渐变段常用的结构型式有扭曲面式、八字形和园弧形翼墙。八字形翼墙的优点是施工简单,但不能形成良好的收缩或扩散水流,在紧靠垂直段墙体处易产生回流,影响水流的平顺过渡。园弧形、扭曲面式翼墙均能创造较好的渐变收缩或扩散条件,流势较为平顺。根据淇河渠倒虹水力学实验,直线型扭曲面式翼墙的局部水头损失较小,为减少渠倒虹管身的结构尺寸,进出口渐变段采用直线扭曲面较为适宜。
(2)检修闸、节制闸
检修闸设在进口前,其作用是为了检修、清淤和临时停水;节制闸位于出口处。由于两闸都与管身直接相连,为较好地适应明渠与管身之间的过渡,采用两闸底板高程与总干渠渠底齐平。闸室均采用开敞式平底结构型式。
闸门常用的型式有弧形钢闸门和平板钢闸门。弧型钢闸门可以承受较高的水头,所需启闭力较小,但因其支臂较长,且其启闭轨道为曲线,需增加闸室段顺水流方向的长度,闸墩高度和厚度也要相应增加。平面闸门的启闭轨道为垂直上下,闸室段长度只需满足结构布置和稳定要求即可。根据淇河渠倒虹的计算,出口节制闸采用弧形闸门比采用平板闸门投资大34%。对于低水头、大流量的南水北调渠倒虹,采用平板钢闸门能够满足实际运用的要求,且可节约投资。所以检修闸和节制闸均采用平板钢闸门。
(3) 管身
渠倒虹吸管身常用的断面型式有:圆形、箱形和直墙正反拱形等。圆形管道与同样过水面积的箱形、拱形管道相比,其湿周小,水流摩阻力小,水流条件好,过水能力大,但其施工较为复杂,模板制作安装的难度大,施工周期长,钢筋的绑扎及混凝土浇筑也有一定难度,管道顶部砼施工质量难量以保证,易导致顶部产生非均匀收缩,使管道出现裂缝。箱形断面结构形式简单,在低水头、大流量的渠倒虹设计中应用较为广泛,而且施工方便,施工质量能够保证,利于检修、清淤。直墙正反拱形管道的顶拱与底拱在施工中与圆形管道存在同样的问题,而且对温度变化及不均匀沉陷非常敏感。综合分析,确定选用多孔箱形断面管身,一般采用2孔或3孔为一联。
4.水力设计问题
水力设计是渠倒虹设计的基础,也是渠倒虹设计是否经济合理的关键。为了对渠倒虹的水力学问题进行研究,对水力设计的计算公式、各种设计参数进行论证,河南院与郑州工业大学进行了淇河渠倒虹水力学模型试验研究。为了试验成果准确可靠,整体正态模型比尺为1:20,并严格做到边界几何相似及模型糙率相似,上、下游渠道及渐变段内共设26个测压管,渠倒虹管身共设54个测压管,监测各断面上各流量级时测压管水头变化,从而推算各部分水头损失系数。
合理选择各项水头损失系数,是水力设计准确的关键。各局部水头损失系数是在试验的基础上选取的,进、出口渐变段局部水头损失系数分别取0.12和0.25,管身段进出口弯道水头损失系数取0.1,闸门槽水头损失系数取0.05。
5.结构设计问题
为了分析特大型倒虹的结构受力状态,我院与郑州工业大学联合进行了以淇河渠倒虹为典型的结构试验研究,按1:50比例进行电测模型试验,按1:100比例进行光弹模型试验,联合开发了《智能化倒虹吸框架结构分析专用程序》,对淇河渠倒虹进行了二维有限元和三维有限元的计算。各种方法的计算结果与试验成果相互印证,认为在初步设计阶段采用《智能化倒虹吸框架结构分析专用程序》满足结构的计算精度。该程序模型为取倒虹吸管横剖面,沿倒虹轴线取单位长作为搁置在地基上的静力平衡框架,地基反力假定按直线分布,地基摩擦力沿渠倒虹吸底面均匀分布。程序采用结构力学方法对构件进行计算。
通过程序对渠倒虹结构进行优化设计,使得在安全的前提下工程量最省。
6.结语及今后工作意见
淇河渠倒虹设计作为典型渠倒虹设计在长江委举行的研讨会交流,得到与会同志的好评;淇河渠倒虹水力学模型试验研究获得河南省科技进步二等奖,许多项试验内容填补了大型渠倒虹试验的空白;颍河渠倒虹典型设计在专家论证会也得到广泛的好评。河南院承担的南水北调渠倒虹共37座,通过对渠倒虹的优化设计,能够使一等工程做到一流设计,合理投资。
在初步设计阶段,对渠倒虹的设计方法进行大量的调研工作,作了多项模型试验,一些重大技术问题已基本解决,但有些问题仍需进一步的研究和探讨。
(1)河道冲刷计算:经过计算发现,理论计算成果与实际调查的河道冲刷有一定的差别,而河道的冲刷深度直接决定管顶埋深和河道整治,对建筑物的工程量及投资影响甚大,应当做动床模型试验。
关键词:南水北调中线工程;大型建筑物;潜水泵;压力水射流法;变频调速供水装置;液位变送器
Abstract: in the middle route of South-to-North Water Transfer Project large construction project management of the design, maintenance of drainage system with integrated mechanical and electrical submersible pump technology; steel gate anti freezing system adopts pressure water jet technique; living facilities system employs a water purification equipment, constant pressure variable energy saving water supply device and robot automatic fuel boilers and other equipment. These new technologies, new equipment in the application, and improves the project automation management level, ensure the Mid-route of South-to-North Water Transfer Project large building normal use.
Key words: Mid-route of South-to-North Water Transfer Project; large buildings; submersible pump; pressure water jet method; frequency conversion water supply device; the liquid level transmitter
中图分类号:文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
1引言
南水北调中线工程总干渠河北段起于漳河北,止于北拒马河中支南,全长461余km。总干渠沿线共设置大型河渠交叉建筑物52座,独立节制闸1座,渠渠交叉建筑物61座,左岸排水建筑物184座,隧洞7座,分水口门37座,铁路交叉建筑物11座,公路桥梁255座,管理机构85个。
南水北调中线工程总干渠河北段担负着给北京市、天津市和河北省大中城市供水及沿线农田灌溉的重大任务,属特大型长距离调水工程。参照《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》及1994年1月水利部《南水北调中线工程可行性研究报告审查意见》,确定南水北调中线工程为一等工程,总干渠上的主要建筑物为Ⅰ级建筑物,次要建筑物一般按Ⅲ级建筑物设计。作为工程整体设计的重要组成部分,这些建筑物的工程管理设计必须结合工程特点,进行深入的调查研究和分析论证,积极采用新技术、新设备,提高工程管理水平,更好地发挥工程的整体效益。
2检修排水系统
大型建筑物应用过程中,一定时期内需要排空建筑物内的积水进行检修,因此,应设置检修排水系统。众所周知,排水系统设计的关键在于排水泵型式的选择。下面以磁河渠道倒虹吸工程检修排水系统为例,就潜水泵、离心泵方案进行论证。
2.1潜水泵方案
该工程共设置4孔涵洞,单孔最大检修排水量1.6万m3。根据工程检修要求,选用8台型号为100QW50-22-7.5的可移动式潜水泵。性能参数为:设计流量50m3/h,设计扬程22m,电机功率7.5kW。
2.2离心泵方案
同样,选用4台型号为IS150-125-250的离心水泵。性能参数为:设计流量120m3/h,设计扬程22.5m,电机功率18.5kW。
2.3两方案的技术经济比较
潜水泵和离心水泵相比较,有如下优点:
(1)潜水泵适应性强
该潜水泵具有防缠绕,无堵塞的特点,在排除固体颗粒和长纤维杂物方面,更具有独特的功效。因此,潜水泵更适合于排除本工程中含有杂物的积水。而离心水泵则不能。
(2)潜水泵安全可靠性高
潜水泵起动前无需充水,而离心水泵有时需要设置笨重复杂的底阀。尤其是底阀长期淹没于水中,检修困难,并容易被杂物卡住或密封失效而失去作用,使水泵不能运转。
对于IS型卧式离心泵,由于水泵安装位置很低,电机存在着潮湿和被水淹没的隐患,直接影响电机绝缘,并可形成事故。而潜水泵仅在工程检修时运行,运用的时间很短。因此,离心水泵运行的可靠性和安全性较潜水泵低。
(3)潜水泵安装、检修方便
检修排水时,只需将潜水泵潜入井底,其出口与胶管的一端用铁丝或卡子固定好,胶管的另一端跨过检修井口即可工作。潜水泵为机电一体式的排污泵,体积小(φ400mm×880mm)、重量轻,安装、检修十分方便。检修排水完毕后,即可将潜水泵从检修井中取出整理好,放入工具间或仓库内保存备用。而离心水泵结构复杂,安装精度高,因而安装、检修也就不便。
(4)潜水泵土建费用少
潜水泵不需建造泵房,而离心泵需要的泵房土建面积约50m2,加之泵房开挖深度一般在10~20m以上,土建工程量很大。因此,潜水泵方案可节省大量的土建费用。
(5)潜水泵成套价格低
由于离心水泵配套设备及管路较多,潜水泵方案成套设备价格较离心水泵方案便宜20%~30%。
(6)潜水泵运行环境好
离心水泵泵房为地下式,通风、采光的条件很差,机电设备维修、维护的工作量大,而潜水泵不存在以上问题。因此,潜水泵运行环境要比离心泵好得多。
综上所述,潜水泵方案具有明显的技术经济优越性。因此,南水北调中线工程大型建筑物检修排水系统均采用移动式潜水泵。
3钢闸门防冰冻系统
根据钢闸门设计规范要求,钢闸门在寒冷季节运用时应采取防冰冻措施。下面就压力水射流法、压缩空气法防冰冻进行论证。
3.1 压力水射流法防冰冻系统3.1.1原理该方法利用潜水泵取底层温水扬至表层进行热交换,形成一股强烈上升的温水流,并使水面在一定范围内产生扰动,从而防止水面结冰。
关键词:南水北调郑州段渡槽工程 建设管理
中图分类号:TV文献标识码: A
前言:渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物,渡槽是由槽身、支承结构、及进出口建筑物等部分组成。是渠系建筑物中应用最广的交叉建筑物之一,除用于输送渠水进行农田灌溉、城镇生活用水、工业用水、跨流域调水外,还可供排洪和导流之用。
南水北调郑州段共有渡槽12座,11座为左岸排水建筑物(交叉断面以上流域面积小于20km2的天然河道及无天然河沟的坡水区,在保证总干渠和建筑物安全的前提下,做到洪水平顺进来、顺畅排出),河渠交叉渡槽1座(交叉断面以上流域面积大于等于20km2的天然河道与总干渠的交叉渡槽,承担输水、排水任务)。
1、工程概况
南水北调工程郑州段全长93.764km,经过郑州市的新郑市、航空港区、中牟县、二七区、中原区5个县(市)区。包括4个设计单元,分别为新郑南段、潮河段、郑州2段和郑州1段,共划分为16个渠道施工标、7个桥梁施工标、6个监理标,2个安全监测标、4个金结机电标,合同总额48.17亿元。
南水北调郑州段共有渡槽12座,其中新郑南段1座,潮河段4座,郑州2段4座,郑州1段3座。11座为左岸排水建筑物,分别为老张庄沟渡槽、大碾卢沟渡槽、耿坡沟渡槽、庙后李沟渡槽、刘村沟渡槽、荆胡沟渡槽、杏园西北沟渡槽、水泉沟渡槽、大李庄沟渡槽、付庄沟渡槽、河西台渡槽。河渠交叉渡槽1座,双洎河支渡槽。
2、工程建设前期准备工作
(1)组建建设管理机构
受南水北调中线干线工程建设管理局的委托,河南省南水北调中线工程建设管理局负责郑州段工程建设管理工作。2009年6月,省南水北调建管局以《关于成立南水北调中线工程郑州段建设管理处的通知》(豫调建[2009]15号),组建成立了郑州段建设管理处,为河南省南水北调建管局的派出机构,主要负责郑州段四个设计单元(包括郑州1段、郑州2段、潮河段、新郑南段)的建设管理工作。
(2)进行招投标工作,选择监理机构、施工单位
按照批复的分标方案,郑州段均采用公开方式进行招标。监控系统及监测自动化、通信系统由项目法人进行招标。
2009年6月24日,在中国南水北调网站和中国采购与招标网上郑州2段总干渠监理标和4个施工标段招标公告,2009年8月3日,进行合同谈判,并最终确定中标人。
之后陆续进行潮河段、郑州1段、新郑南段三个设计单元的施工、监理标的招标工作,并选定相关监理机构、施工单位。
3、工程建设阶段
2009年7月24日,国务院南水北调办以《关于南水北调中线一期工程总干渠沙河南-黄河南郑州2段开工请示的批复》(国调办建管[2009]40号)同意郑州2段工程开工建设。施工单位于2009年8月进场,开始施工准备,参建各方准备工作相继完成。其后其他三个设计单元参见单位陆续进场。2010年郑州段渡槽工程开工建设,2013年主体工程全部完工。在保证工程质量、安全的前提下,顺利完成了2013年渡槽专项施工进度计划。郑州段渡槽工程建设工作主要突出做好以下几方面工作:
(1)严把原材料质量关、加强过程控制,确保工程质量
质量是工程的生命,在工程建设过程中,采取的措施有:严把原材料质量关,从源头上杜绝不合格产品进入现场。原材料进入施工现场后,施工单位在监理见证下进行取样送检,检验合格后方可使用。同时建管处委托第三方试验室对各标段原材料实施全方位检验和控制,从源头上把住工程质量关。强化质量工作事前预防、过程控制。郑州段建管处一方面组织“请进来、走出去”开展质量管理培训学习,针对现场发现的质量问题,召开现场会,有针对性地开展警示教育;另一方面则要求参建各方不断增强质量意识,提高全体参建人员质量管理水平。加强对工序质量的控制,注重“三检制”的具体落实;监理人员注重对监理业务的培训,进一步增强工作责任心,确保监理各项工程控制目标的完成。严格监管,充分发挥监理作用。建立健全监理质量管理控制体系,郑州段建管处在质量管理工作中,依靠监理,充分发挥监理在质量控制中的关键作用,同时通过建立严格的奖惩制度,加强对监理的监管,促使现场监理更好的履职尽责,规范质量管理行为,减少质量问题尤其是严重质量问题的发生。
(2)加强安全管理、促进工程建设
为确保郑州段工程施工安全,建管处与相关参建单位签订《安全生产目标责任书》,各参建单位现场负责人为第一责任人,要求各参建单位始终把安全生产放在首位。施工现场设专职安全人员,并持证上岗;加强现场施工人员安全教育活动,在施工现场设置安全标志、警示牌。施工人员进入工地必须配置安全防护用品,严格按照操作规程施工。特别针对施工期较长,期间经历汛期,为切实做好防汛安全措施,做到及时掌握天气情况,备足防汛物资,采取必要措施,确保工程度汛安全。
(3)工程建设进度管理
及时总结、摸清规律、配足资源,连续作业
早在2009年10月份郑州建管处根据郑州2段渡槽施工暴露出的问题,在郑州2段监理部召开了渡槽施工专题研讨会,分析、讨论前一阶段渡槽建设工作中暴露出的问题,探索、总结出了不同施工工艺条件下,针对渡槽施工的特点和难点,制定了响应的应对措施。并在以后各设计单元具体施工中摸索经验,通过对施工过程中出现的问题,分析原因,制定解决方案,最终在全段确定了合理可行的施工方案。要求各相关施工标段严格按照投标承诺配足资源,合理安排施工,努力做到连续作业,并形成各类正式文件下发各参建单位要求遵照执行。
精细化管理
为便于管理,及时掌握每座渡槽的施工情况,建管处对郑州段所有水工建筑物进行登记造册,每旬建管处会同个监理部进行专项检查,由专人汇总统计各水工建筑物进展、资源人员配置情况,每旬更新动态信息,做到及时掌握、发现问题,及时纠偏,处理问题,确保各种不利因素被消灭在萌芽状态,确保工程顺利进行。
加强管理责任到人
为加强水工建筑物建设管理,提高责任意识。建管处发文明确了处长、副处长分管各设计单元;监理部总监、副总监分管标段;标段经理、副经理分管水工建筑物建设的自上而下连贯责任机制,确保按进度计划施工。并且各级负责人要定期召开协调会,处理解决责任范围内各种问题。
定期考核,严格奖惩
为奖励先进,鞭策后进,建管处先后印发了各类文件突出强加强各类水工建筑物的重要性,并明确奖惩办法。一旬一考核一通报,一月一奖惩。
(4)重视征迁协调工作,营造良好施工氛围
郑州段战线长,穿越郑州市区,征迁协调任务繁重,不可控因素较多。为此郑州建管处高度重视环境协调工作,由两名副处长专职负责,将环境协调问题建立台账,采取“销号制”、“内部督察制”等一系列措施,确保各种协调问题有人过问,有人解决,营造良好施工环境,避免因素影响建筑物施工进度。
关键词:输配电;用电工程;线损管理;要点
随着经济结构的不断完善和发展,电力行业也在不断完善与发展,由于电力系统其自身的复杂性和技术性,尤其是输配电工程,所以对其的管理也是很复杂,并且要求管理技术性强,因此在对输配电工程进行管理时就需要充分考虑各方因素,制定出合理全面的管理措施,来实现对输配电工程的有效管理。另外用电工程的线损指标也反映了电力系统的综合管理水平,也直接影响到经济效益,目前除了要加强对输配电工程的管理之外,还需要加强对用电工程的线损管理,采取有效措施,减少线损,节约电力资源,促进电力事业发展。
1 提高我国输配电工程质量管理的具体方法
电力行业的输配电工程是电力系统中重要的组成部分,它技术含量高、受制约影响因素多以及在实际使用中安全隐患大,因此加强对输配电的管理对减少其潜在的风险和防止出现安全事故以及保证电力系统的稳定都具有很重要的意义,所以对输配电工程管理的重中之重在于对其设备质量的提高。
1.1 提高建设设备和材料的质量
对于输配电工程的建设来说,建设方应该在采购设备建设材料时严格按照出台的相关建设标准,主要是对输配电中的导线选择,建设方一定要采购高质量的绝缘性能好的设备电线。因为绝缘性能好的电线能够有效避免线路短路,从而降低因短路导致的安全隐患,同时也可以减少合杆作业时停电的次数,降低维修电线的工作量,从而提高工程线路使用率。除此之外,绝缘性能好的电线还可以简化地面铺设,降低由于其他物体的接触带来的安全隐患,另外此类电线抗腐蚀性高,能够延长线路的使用期限,这也间接的保护了输电线路。建设方还要结合本地实际情况比如自然条件、社会条件做出适当的电线规格调整。此外在建设过程中严格按照标准的建设方案施工,保证输配电设施工程建设的高质量。
1.2 加强输配电工程建设施工程安全管理意识以及风险管理
随着时代的不断进步,输配电工程的建设设备也越来越先进,所以应该加强输配电工程建设工人的专业素质培训,提高他们整体专业建设水平。另外输配电工程的建设技术虽然越来越成熟,但还是要在建设中加强安全意识教育,来减少设备建设中的安全事故发生。除此之外管理这应该在管理中加强风险管理,比如雷电、人为破坏或者是电线的脱落对人身的威胁等等,同时注重对环境的保护,对建设中被破坏的自然环境做恢复处理,来规避环境因素下的风险,促进输配电工程的健康运行。
1.3 加快对老旧电网的改造,优化现有配电系统建设
首先对于建设较早电网要及时进行设备检修和更换,尤其是线路方面,由于年久失修容易出现线路老化绝缘体脱落等问题,加快电网改造就是要及时发现问题避免输配电过程中出现漏电。其次,随着科学技术的不断进步,新的配电设备具有更优良更安全的性能,及时替换老设备,也是对配电系统的一种优化。最后,使用先进的节能变压器能有有效减少设备自身的能耗,提高传输效率。
2 用电工程中线损管理的具体要点
电在输送的过程中都会有折损,但是可以根据人为积极有效的管理来降低电在输送中的损耗,目前对线损的研究和管理还处在初期,所以加强对线损的研究和管理工作刻不容缓。就目前来说,线损中存在的主要问题:一是由于电能表的计数不准确,二是电网线路的不合理规范安装,三是工作人员工作不仔细,四是电网设备日常维护不到位,所以对线损的管理就要从这几个方面入手。
2.1 改善电网线路的布局结构
由于以往的电网设计布局结构不太合理,伴随着经济不断发展的需要,区域对电量的需求也不同,导致目前旧的线路格局已不能满足现代社会电量需求大的要求。所以,需要尽快改善电网结构,那么电力企业就需要对线路布局统一规划,考虑增加电网分点。并对线路中的每个部分做定期电流电压监测、线路的检查,来避免线路由于年代久远或人为因素对线路造成的损害,使线路格局健康运行,并且有效降低线损。
此外,线路建设前要充分考虑线路结构的合理性,比如要缩短供电设备与用电设备之间的距离,而且要严厉杜绝凌乱线路搭建及迂回线路搭建等。
2.2 完善计量设备
首先要保证计量电能表的精确,特别是要确保用电量大的用户所配置电能表的高度精确,此外要对电能表做定期的普查,定期维修、定期更换。除此之外,需要采取其他方法来完善计量设备。如配置精度高的电子计能表,这样,电能表其自身损耗比着普通技能表要少。针对企业用户,可以把计量表与GPS负荷相结合共同管理,来集成高效功能强大的计量终端,做到可以远程抄表,远程付费,来提高电能计量准确性,避免人为原因的抄表数据虚报以及用户窃电情况发生。
2.3 加强建立健全的线损管理制度
没有规矩不成方圆,所以要不断加强对线路线损的管理机制建设,在原有的线路线损管理基础上不断完善。成立由主要领导组成的管理小组。在具体工作中,具体分工,实行责任到人,相互监督,实行奖罚分明制度。此外,要不断加强管理队伍的素质建设,提高他们的线路管理水平,经常对管理人员做专业的线路管理知识培训,使每一位管理人员都能高质量完成管理任务。在管理中融入计算机科学技术来便捷管理工作,比如运用网络构建完善的管理机制,绘制详细线路图和运行线路监测系统,分析计算机得出的线路情况统计数据,来完善管理中薄弱环节,减少因管理不当造成的线路耗损。
2.4 健全抄核收费管理制度
线损主要是由于线路在输电过程中,线路自身结构格局不合理以及输电线路质量问题造成大量的电量损耗,这被称之为主要线损原因,但有些统计的线损是由于人为原因产生的。所以要不断加强电量统计制度的建设,加强对线路的检测检查,定期做维修工作,建立健全的反漏查制度,用高科技的手段提高反窃电和反漏查电的工作效率,来减少人为原因造成的偷电、漏电导致的线损率提高。
3 结束语
随着人们生活环境的改变,电力资源越来越成为生产和生活必不可缺少的重要组成部分,对电力系统中输配电设施的安全管理工作也就显得尤为重要,但就目前来讲,管理工作落实还很不到位,这就需要在不断地探索中,逐渐从提高建设设备和材料的质量、加强输配电工程建设施工安全管理意识以及风险管理这些方面入手加强对输配电工程的管理,来保证用电环境的安全。当代社会由于工农业的发展以及人们生活的需要,对电的需求量越来越多,目前我国电力资源总体还是供不应求,但是由于线损造成的电力资源浪费较严重,在一定程度上导致了我国用电局面的紧张,所以在对输配电安全管理的同时,要加强对用电工程线损管理,来减少线损,节约电力资源。
参考文献
[1]朱建周.供电企业线损管理存在的问题及对策分析[J].中国新技术新产品,2011(02).
丹江口水库上游控制区主要涉及河南、湖北、陕西3省。河南省境内涉及南阳市淅川、西峡、内乡、邓州等三县一市,该区域以保护水源地水质为重点,以主要污染物减排为抓手,完善执法监督,强化生态保护,据统计,自“九五”以来,水源区先后关停并转企业463家,其中关停企业200家,达标整治企业225家,搬迁企业38家。汇水区域内没有新上一家重污染工业企业,先后否决汇水区域内16个大型建设项目选址方案,终止23个中型建设项目。通过深度治理工业污染源、关停并转污染不达标企业、建设县城污水处理厂等举措,目前汇水区工业点源和县城生活污水得到了有效的控制和治理。据调查,丹江口水库的水质良好,稳定在规划的II类目标水平,可以满足各类用水的需要。但由于缺乏有效的农村面源污染控制技术和长效机制,近年来丹江口水库水质在其他水质指标稳定在规划的II类目标水平的同时,库区总氮和总磷指标呈逐年上升趋势,逐渐偏离调水水质的要求,总磷指标数据年均增速50%,6年累计净增加300%,变化速度惊人,水质重大不可逆隐患凸现。
据调查,南阳市丹江口库区及上游汇水区域乡镇农村生活污水排放量为2 864.6万t/a,COD、氨氮排放量分别为7 448 t/a、859 t/a,农村生活垃圾产生量为26.2万t/a,这些污水垃圾大部分直接外排;区域内畜禽粪便产生量约40.42万t/a,90%以上的畜禽粪便直接排入环境中;区域内6.74万公顷耕地年化肥使用量14.15万t,用量最大的是氮、磷化肥,化肥利用率为40%,其余60%约9万t化肥对环境直接构成了污染;区域内农田耕作物农药年施用量约0.03万t,每年约0.02万t农药进入水体、土壤中。目前农村面源污染对库区污染物的贡献量占全部污染因素的75%以上,已成为影响丹江口水库水质的主要因素。
南水北调中线工程成败在水质。要按照国务院关于南水北调工程“三先三后”的工作方针,把丹江口水源区水质保护工作作为一项重要的政治任务来抓,持之以恒地搞好丹江口水库水质保护工作,使丹江口水库水质稳定保持在Ⅱ类以上标准。其保护水质安全的措施是:
广泛开展宣传发动。让广大群众充分认识水源区水质工作的重要性、艰巨性和紧迫性,增强参与支持中线工程建设和保护水质的自觉性、积极性,树立政治意识、大局意识、奉献意识、环保意识,坚定做好水质保护工作的决心和信心。
严格项目准入,优化产业布局。严把项目准入关,建议在丹江口水库汇水区域内开展规划环境影响评价,在区域内进行开发、发展以及项目建设的,必须严格执行环境影响评价制度,杜绝污染企业入住汇水区。坚持“以不排水企业置换排水企业,大力支持发展代价小、效益高的优势产业代替高能耗、高污染产业”。
要强化空间准入,从整个区域的环境功能着眼,根据环境资源禀赋和环境承载能力,坚决执行项目审批符合性审查,严禁不符合区域环境政策的开发活动,不断优化区域布局,实现产业节约集约发展、科学发展,为水源地水质保护工作夯实基础。
实施环境综合整治。建议以控制水污染物总量为原则,严格实行环境保护政策,彻底清理整顿污染源。加快淘汰汇水区域内落后产能,对能耗高、污染重、技术落后的工艺、设备及产品实行强制淘汰。加快汇水区域污水处理厂升级改造及污水管网配套建设。对汇水区域内重点企业开展清洁生产,杜绝一切污染项目进驻水源保护区,确保水质安全。
加强生态建设。建议加强推进南水北调中线水源地汇水区域生态建设,大力实施自然保护区、生态移民、水土保持、天然林保护、退耕还林、封山育林、植树造林、库区生态隔离带建设等工程,构建南水北调中线生态走廊,建设水源区生态屏障体系,确保水质安全。
关键词:改性土;路拌法;场地;平整;摊铺;拌和;检测
Abstract: The modified swelling clay is commonly used in the progress of changing and filling slope of swelling clay canal on most bided sections in south of Yellow River and some bided sections of north of Yellow River, where is in the middle route of south to north water transferred project. The soil-cement mixed machine is ordinarily used in production of modified swelling clay. In some bided sections, the hydraulic road-mixed machine is used in the same production progress as auxiliary machine to make up for the low production capacity of soil-cement mixed machine. The quality and quantity of production will satisfy the designed and technical demand and make sure the production of modified swelling clay following with plan made in the beginning of the year.
Key words: modified swelling clay;road-mixed method;site、level site; pave;mixed;examine
中图分类号:TQ177.6+2文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
概述
南水北调中线干线工程在建项目总长1125km,共53个土建设计单元工程、166个施工标段;有膨胀土(岩)的渠段累计长约368km,占在建项目总长度的33%。其中:弱膨胀土渠段长213.075km,挖深<15m的中膨胀土渠段长100.513km,挖深≥15m的中膨胀土渠段长28.896km,强膨胀土渠段长25.588km。
初步设计阶段,经多方案比选论证,对膨胀土(岩)渠道采取放缓渠坡和对膨胀土(岩)渠床换填保护层的措施处理,后经现场试验和分析研究,并针对膨胀土(岩)的特性以及膨胀土(岩)渠坡失稳的机理和现象,为了进一步提高工程的运行安全度,对处理施工进行了优化设计,重点是对强膨胀土(岩)渠道和挖深≥15m的中膨胀土(岩)渠道在原换填保护层的基础上,根据开挖后的地质情况增加了水泥改性土换填、边坡抗滑桩和部分坡面钢砼梁系,以加大保护力度。
水泥改性土换填的渠段分布在19个设计单元(占总设计单元的35.8%),54个土建施工标段内(占总施工标段的32.5%),需要改性土换填的渠段累计长度约300.22 km,占膨胀土渠段的81.6%;水泥改性土填筑量约3225.62万m3。
由于黄河以南的大部分地区及黄河以北的部分标段所在区域无法获得自由膨胀率
水泥改性土大多数采用碎土机破碎土料、水泥土拌和机拌制的方式生产,拌制的水泥改性土料(抽检合格)直接装车运至填筑工作面铺料碾压。一些标段为了补充场拌生产能力的不足,采用了在施工现场以外的场地内用液压路拌机集中路拌的方式生产水泥改性土,在质量满足设计要求的同时,也满足改性土施工进度的需要。
生产工艺
在采用液压路拌机前,依据设计对本标段水泥改性土技术要求做好相关的生产性试验工作,将试验所得数据上报监理,监理签字确认后,方可开展大规模的生产。大规模生产的步骤和程序,是生产性试验的延伸。
生产工艺流程
场地平整、处理及检查验收土料摊铺整平与测量检验水泥摊铺水泥改性土集中拌制滴定试验水泥改性土堆拢及运输填筑整平与测量检验碾压压实度检测资料整理
基础面处理
水泥改性土拌制直接在取土场进行,将已取土完成的取土场清出根据本标段的生产需要确定生产场地的面积。清除场地基础上所有的浮土、杂物等杂质,开辟出生产场地的基础面,并用平地机对基础面进行找平,平整度要求高差在±5cm之内。用大型喷洒设备对基础面洒水湿润。采用8t以上的光面震动碾,对基础面进行碾压,一般建议碾压4~6遍。碾压完成后,对基础面再次进行找平,以减少基础面对改性土拌和的影响。同时按设计图纸设置场地排水系统,该系统应符合在降水过后生产场地内无积水的要求。在处理好的场地内每5m设置插钎,并在插钎上标高以便于进行铺土厚度控制。
土料摊铺
用自卸汽车将合适含水率的土料运输至拌合作业面,采用人工配合推土机进行土料摊铺、整平,摊铺厚度一般为35cm~40cm。摊铺后,用液压路拌机在摊铺层上均匀行走1~2遍,这样既可平整表面又可对土料进行再次粉碎,局部采用人工整平。确保土料的粒径在10cm以下,如有超径土料,应及时进行破碎或剔除。工作人员根据插钎的标高,对土料的摊铺厚度进行初检,保证摊铺厚度均匀。测量人员采用全站仪测量对现场每组试验区铺土厚度及高程进行跟踪检测,确保铺料厚度及沉降观测满足相关要求。
水泥摊铺
依据设计提供的水泥改性土施工技术要求,由实验室测定土料含水率,并计算出土料最大干密度,根据所测定的最大干密度计算水泥掺量和含水率。当含水率大于最优含水率时先将土料进行翻晒,再进行拌合;当含水率小于最优含水率时,可在水泥改性土拌合过程中根据计算的含水量进行水量调整,使其达到比最优含水率高1~3个百分点,以弥补水泥改性土在运输和填筑过程中水分的散失。
在已摊铺好的土料层上,表示出5×5m的框格。再根据设计提出的改性土水泥掺量的百分比、土料的松铺厚度和表示框格的尺寸,确定该框格内的水泥用量。
打开水泥袋将水泥倒在网格中心,人工用刮板将水泥均匀摊开,做到土料表面既无空白位置也无水泥集中点。
施工人员应穿着特质服装,并佩戴呼吸器,以降低水泥对人员的危害。施工单位应密切关注当地的天气状况,应避开雨天和刮风,减少水泥的散失,降低水泥对环境污染。
水泥改性土集中拌和
水泥均匀摊铺后,驾驶员将路拌机开上摊铺层,拌和3~4遍,做到拌和均匀,不留死角。拌和好的改性土应符合中线局下发的《水泥改性土施工技术要求》(试行)中的土料粒径级配的要求:最大粒径不大于10cm,10cm~5cm粒径含量不大于5%,5cm~5mm粒径含量不大于50%。如有超径料出现,应配合人工及时剔除。
水泥改性土滴定检测
水泥改性土拌和3遍后,应立即取样进行水泥含量及水泥土均匀性检测。根据现场拌和方量的大小,确定检测组数,一般取10~12组,每组样品重量不低于300g,采用EDTA滴定法测定水泥含量。检测结果也应满足《水泥改性土施工技术要求》(试行)中对水泥含量标准差的要求:水泥改性土水泥含量标准差不得大于0.7,且水泥含量的平均值不小于设计提供的技术要求。检测结果应作为施工重要数据长久保留。
水泥改性土的堆拢及运输
经检测符合设计要求的水泥改性土尽快用推土机进行堆拢,减少水分的散失,为下一场拌制腾出场地。堆拢的土料宜采用20t的自卸卡车快速运至填筑面。
水泥改性土的摊铺
在没进行上层土料摊铺前,施工单位应严格按施工要求,用大型喷洒设备对已完成碾压的填筑面进行洒水湿润,以确保层间结合良好。并沿渠道纵向在开挖面或是填筑面进行开蹬,开蹬高度不大于土料的松铺厚度,以确保填筑材料与渠床或渠堤结合良好。
应采用进占法倾卸土料至指定地点。依据设计和安全施工的要求,确定超填范围,在超填边界岩渠道纵向设置表示,以确定土料的摊铺范围。
土料的松铺厚度,采用碾压试验所得的数据,一般的松铺厚度为30~35cm。采用推土机进行摊铺、整平,并人工持铁锹配合修补找平,表面的平整度不超过±5cm。在摊铺过程中,现场工作人员手持刻有标高的钢钎对摊铺厚度进行初检,测量人员采用全站仪测量对每层铺土厚度及高程进行跟踪检测,以确保铺土厚度和高程满足相关设计要求。
水泥改性土碾压
改性土的压实采用20t以上的凸块振动碾沿渠道轴线方向行走碾压。碾压遍数依据试验确定,即根据最大干密度确定达到设计提出压实度时所对应的遍数,但最少不少于6遍。一般前两遍为静碾,剩下的遍数为振动碾。采用进退错距法对土料进行碾压,行车速度控制在2~3km/h,相邻碾迹的大街宽度不小于碾宽的1/10,最小不小于30cm。由于碾压,会使部分改性土料碾压至超填范围以外,应配合人工手持铁锹,及时将超填范围以外的新鲜土料翻回碾压面,以减少土料的浪费。
压实度检测
为了充分反映压实工作面压实度是否满足设计要求,需按照《土工试验规程》SL237-1999规定的环刀法进行压实度检测,在达到相应试验碾压遍数时的压实厚度的下1/3处取样进行干密度检测,同时挖取探坑检查压实层间有无松散、剪力破坏等现象,并做好检测记录。遇到蒋石土或泥砾土时,应避开取样或才用灌砂法进行压实度检测。取样和检测标准长度150~200m的填筑渠段设置一个检验单元,1次/(100~200m3)且每层不少于3个点为宜,检测合格率≥95%,最小值≥设计值98%;取样位置应严格按照布设的取样点进行取样或是遵从监理工程师现场指定。每层填筑完成后,应在4h内完成质量检测,在6~8h内完成上土填筑。如不能及时跟进,要对填筑面做好防雨和保温等施工期的保护措施,并防止大型施工设备在上行驶。
资料整理
在水泥土拌制和填筑压实两个阶段,均需要监理和技术员旁站监督生产和施工,确保每个数据真实可靠,严格控制各项指标满足生产和施工要求。在这两个阶段所得的检测数据,要是及时整理、造册,上报监理备份。为工程日后的检查和验收,留有第一手资料。
三. 注意事项
由于水泥改性土路拌生产方式与厂拌的不同,受天气和人为等诸多因素影响。因此要达到设计提出的质量要求,就需要付出更多的努力和关注更多的影响因素,才能确保生产和填筑的每一方水泥改性土的合格。
1.改性土拌制生产应充分掌握当地天气状况,避开大风、雨雪天气;
2.拌和场地应设置必要的排水设施,基础面的平整度不大于±5cm;
3.土料摊铺厚度要均匀,土料的最大粒径和级配要满足技术规定的要求;
4.水泥的用量要计算准确,摊铺均匀。拌和遍数要达标,不漏拌;
5.改性土的含水率需高于最有含水率1~3个百分点;
6.改性土摊铺前要对建基面洒水,摊铺厚度要均匀,厚度相差不大于±5cm;
7.碾压设备的行走要满足相关技术要求,不漏碾、欠碾或过碾。
8.改性土要尽可能的快速摊铺、快速整平、碾压密实、快速检测。
9.压实度检测要依照规范执行,确保检测数据真实可靠。
10.监理和技术员全过程旁站,做好施工记录和数据收集,及时整理造册,为后续施工抽检和验收保留第一手资料。
四. 结束语
南水北调中线膨胀土(岩)渠段处理施工具有战线长、处理工程量大、时间紧和任务重等一系列的特点,加之膨胀土处理施工本身也是世界性的难题,这就更加重了南水北调中线工程的施工难度。自2011年11月开始摸索试生产,到2012年4月的正式生产,期间经历数月的摸索和磨合,经过全线工程技术和施工人员的共同努力,结合全线各改性土施工标段的特点,逐步总结摸索出了适合南水北调中线工程膨胀土(岩)渠段处理施工的方法,水泥改性土路拌施工法就是其中之一。解决了改性土施工中的技术问题,消除了影响改性土施工进度的因素,使得改性土施工逐步转向正轨,并突破了600万m3/月的生产能力(全线共计),圆满的完成了年初国务院南水北调办对中线膨胀土(岩)渠道处理施工下达的任务,即年底完成改性土总量的80%。消除了南水北调中线工程中又一个关键性制约项目,确保了全线工程按计划进行,为14年实现南水北调中线一期工程全线通水奠定坚实的基础。
参考书籍:
《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工工法》
(NSBD―ZXJ―4―01)
《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求》
(NSBD―ZXJ―2―01)
《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工监理实施细则》
(NSBD―ZXJ―4―02)
《南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀岩处理施工技术要求》
(NSBD―ZXJ―2―02)
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 (GB50202-2002)
《碾压式土石坝施工规范》 SL274-2001)
关键词:南水北调中线工程;矩形渡槽;设计;施工方案
中图分类号: S611 文献标识码: A 文章编号:
南水北调工程实施,可有效缓解北方水资源短缺情况。我国当前水资源情况分布不均,南涝北旱,通过实施南水北调工程,实现水资源的跨流域进行合理配置,该项工程的实施,可有效缓解北方水资源短缺的严重情况,实现南北两方各方面的和谐发展。在整个南水北调工程中,主要有中、东、西三条调水线路。南水北调中线工程,其水源地为丹江口水库,从汉江中上游的陶岔渠首枢纽工程陶岔渠首闸实施开闸引水。穿过淮河流域与长江流域,沿中部平原进行开沟挖渠,穿过黄河,最终自流到北京的团城湖。中线的主要输水线路为天津、北京、河北以及河南等20多个城,为这20多个城市,提供生活以及工业方面用水。该项工程实施的重点在于解决挡墙北方郑州、石家庄、天津以及北京等几个城市的主要缺水问题,在施工中,兼顾沿线农业用水以及生态环境。在整个中线工程中,其输水建筑物建设中,需架设渡槽。在进行渡槽建筑设计中,应该注意相关渡槽线路长且耐久性强的要求,对工程要标准要求。
1 渡槽总体结构型式比选
渡槽上部槽身在进行设计时,有较多可选择的型式,有工字梁组合渡槽、斜拉式渡槽、桁架式渡槽、拱式渡槽、梁式渡槽等。其中斜拉式渡槽和拱式渡槽这两种结构型式,适用在深谷河流地区。在中线工程中,所经过的地段多为平原地区,要求渡槽槽底至原地面的高度控制在5-10米,这两种型式并不适用于中线工程建设,而且斜拉式渡槽相对投入较大,并不适用于工程建设。桁架式渡槽则是用铰将建筑中所需的直杆杆端相互连接,形成固定不变的几何体,杆件的制作是较为复杂的。使用混凝土弦杆,容易出现开裂状况;使用钢弦杆,则工程造价过高,后期维护过程中较难实施。在多种渡槽型式中,重点研究工字梁。工字梁结构清晰明了,在进行设计时可对其实施有效的预控,投资造价小,便利施工,其受力性良好,受力结构简单,如存在裂缝,可对其进行有效控制处理,保证工程的安全实施。从受力角度来看,梁式渡槽有两种,一种为连续性渡槽,一种为简支渡槽。在整个中线工程中,从沉降变形、荷载大等因素方面考虑,简支渡槽是极为有利的,其截面中性轴更接近底部,所产生的作用力较为有线,简支渡槽结构可以承受。
2渡槽上部结构设计
其中渡槽断面主要分析矩形渡槽。矩形渡槽形式可分为多纵梁形式、闭口箱梁、开口箱粱,在具体施工中,采用哪种方式进行施工建设,主要根据施工具体情况、渡槽规模以及受力特性等方面因素来决定。在本文中,主要对多纵梁和开口箱进行分析研究。
在多纵梁的截面形式中,主要采用宽浅式渡槽,宽槽身的梁底的纵横梁承担了主要荷载力,底板以及侧墙对水形成较强的阻力。由于槽身宽度不大,其底板以及侧面也可一定程度上,而且根据相关构造需求,应该对其尺寸进行适当设计,不应太薄,因而对其进行合理设计。
3渡槽下部结构方案
3.1槽墩设计方案
如在上部结构中采用简支结构,槽墩设计方法主要采用空心墩、圆端实体板墩以及柱式墩。
①空心墩。该设计方法可充分利用材料的高强度,充分节省了材料;墩身质量轻,其抗震能力以及抗冲击力较强,刚度大。在施工建设中,采用可滑动的模板,该模板优势在于质量好、速度快,节省了模板支架。但该模板也存在一定的优势,其结构较为复杂。
②圆端实体板墩。每个渡槽设个一个板墩,工期短,施工极为方便简单,而且结构简便操作。在相同厚度下,可起到较强的抗震性、抗冲击性、承载力高、刚度大,相较于柱式墩,其优点更为明显。
③柱式墩。墩型构造极为简单,技术成熟,实施工期较短。但阻水面积较小,其抗震性以及抗冲击性较差。
3.2基础设计方案
南水北调工程中,可能会因工程造价过高,可行性不强。在进行工程中建设中,应该对钻孔灌注桩基础考虑。钻孔灌注桩结构建设应该注重抗震性、承载力较强,且荷载力均匀,无论软硬土层均可使用。在进行钻孔灌注桩建设中时,应该进行多方面工作实施操作,工期短。
4施工方案
4.1施工方法
综合考虑大型渡槽,在本阶段拟采用节段拼装箱梁移动支架造桥机工艺。施工步骤为:第一,预制渡槽节段;第二,通过渡槽的内部传输运梁台车;第三,将渡槽节段安装到计划预定的位置;第四,节段进行调整;第五,将接缝的混凝土浇湿;第六,在建设施工中,对接缝混凝土进行浇湿,可以有效保证渡槽结构完整,避免出现漏水现象。经过研究实验,该方法在施工中行之有效,可以保证工程质量。在南水北调工程中,所跨越流域,并非航线,而且工程质量相当高,工程实施存在一定难度,因此在实施中,应该对施工工艺以及施工设施,进行不断深入研究发展。
4.2预应力施工张拉顺序研究
在进行施工建设中,槽身混凝土与预应力密切相关,根据精确计算,实施浇筑方案。一次性实施浇筑完成后,对预应力进行操作,而后实施安装浇筑槽顶部拉杆。预应力施工顺序严格按照一下步骤:混凝土浇筑后要定期进行维护,保持其强度达到85%-90%,之后对槽身增加预应力,安装槽顶拉杆。在增加预应力时,要通过左右上下施力,达到预应力的平衡。
5 结语
在整个南水北调中线工程中,其渡槽设计是一项相当重要的技术工程,该实施技术为国内首项渡槽设计,没有可参考工程,而且工程质量要求高,在实施中,应该从质量以及工程技术对其进行严格控制实施。南水北调工程的实施,对于合理配置我国不均衡分布的水资源具有相当重要的意义,同时,该项工程的实施成功,可在一定程度上促进中国经济的发展,促进南北双方经济的和谐共同发展,同时促进中国经济的快速发展具有相当重要的意义。
参考文献
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关键词:南水北调工程 中线干线 水环境影响 河南段
南水北调中线工程的建设改善了华北地带严重的水资源紧缺问题,众所周知,南水北调中线工程是一项巨大工程,它几乎纵横跨越黄河、长江、淮河、海河四个广泛水域,因此南水北调工程中线干线工程的实施是对自然环境的一种可行性改造。正因为是对自然环境进行改造,因此面临着不可避免的协调问题。水利工程的实施在一定程度上影响了河流串流、地下水位变动、渠道对地下水的阻碍等多方面,同时,导致了部分土壤盐渍化的不良现象。自南水北调工程施工以来,相关研究学者关于工程于水环境的影响研究很少,河南段属于中线工程一个重要连接线路,能够依据河南段本身特点研究工程对水环境所造成的影响,对整个水利工程运行具有重大意义。
一、南水北调中线河南段特征及施工情况概述
1、南水北调河南段施工状况
南水北调工程施工总干渠共流经贯穿了河南地段八个市,二十一个县。南水北调中线河南段占地共三十五点五万亩,因工程实施拆迁五点五万人口。河南段每年水利工程调水量为九十五亿吨,其中分配用水量则为三十七点六九亿吨。按照南水北调工程计划,河南省内供水城镇四十三座。南水北调河南段总干线全长七百一十三千米,其中有四百六十一条河南境内大小河流穿插在工程总干线中。从华北地区土地情况来看,水利工程中线干线沿线的实施有所困难,主要面临着湿陷性黄土的存在、膨胀土存在等,2006年安阳段是南水北调中线河南段的首要开工线段,预计在今年完成南水北调中线一期工程任务。
2、南水北调中线河南段特征
作为全国水资源紧缺省份之一,河南省属于资源性缺水,省内人均水资源占有量与全国平均占有量相比,仅为后者五分之一。河南省地势东低西高,河南省内城市用水现状不容乐观,且城市供水难以维持下去。南水北调受水区是河南省内水资源最为紧缺的地区,多为人口集中、城市发达地区。河南省每年降水量分布不均衡,且受到季风影响,降水量多集中在夏季。
二、南水北调工程对河南段水环境的影响
1、南水北调工程对河南段地表水环境影响
(1)多处地表水灌溉渠道受到破坏
南水北调施工需要建造不同大小的建筑协助工程建设,在处理部分小型渠道时,因为方案没有及时落实,造成河南地段多数地表水灌溉渠道受到不同程度的损害,灌溉渠道受损直接造成农业灌溉工作无法顺利进行,影响了河南段农民的粮食收成。
(2)肆意挖掘河道河砂
南水北调工程施工现场所采用的混凝土多数来自于工程附近,为方便施工进行,工程实施人员肆意挖掘就近河道内河砂,长期下来,导致河道严重变形、河岸严重崩溃,严重导致河南段内季节性河床逐渐消失。河床的消失增加了河南段内洪水风险,进一步为工程汛期工作的进行增加难度。同时,针对这种情况,当地政府对于非法开采河道河砂的行为缺乏一定的监督力度。
(3)地势造成河流串流
河南地段地势西高东低,由于总干渠本身与众多河流交叉串流,造成其他小河流自身泄洪能力减弱。尤其是在夏天,暴雨造成降水量急剧增加。在南水北调中线干线实施后,一些原有地势被改变,总干渠改变了渠道流向,使得渠道左岸抗洪压力增加,暴雨来临,径流将从工程交叉建筑物集中串流,左右两边无法同时兼顾,导致左边被淹,右边受到水流极大冲击。
2、南水北调工程对河南段地下水环境影响
南水北调工程降水为总干渠开挖提供良好的施工环境,其中降水加强了渠道两岸土地,稳定了渠道附属边坡,另外,防止地下水受到严重的危害。但是同时,造成河南地段群众饮水困难、水资源浪费较多、水利工程的大量降水引起附近水位普遍降低,严重深化了地面下沉危机。
三、减轻水环境影响合理化建议
首先,规范工程相关制度条例,严格执行相关法律规定,当地政府应该积极配合工程展开的各项工作;南水北调工程是一项全国性工程,无论做任何项目决定都应该与当地政府进行详细沟通,确保工程进行与当地环境保护统筹兼顾。
其次,在灌溉方面,应当立足工程本身,结合附近农业生产情况,选定最终农业灌溉方式及执行一切工程实施都要以科学为依据,才能保证各项渠道联通工作的顺利展开。
再次,针对总干渠所经地区,进行实地考察,尽可能将工程实施情况与地区实际情况相结合,这样就避免了因设计安排不合理导致人民群众的生命财产安全受损。同时,要鉴于地区降雨情况,切实做好左岸排水工作安全,合理有序进行汛期的泄洪工作,保证附近村民的生产安全。
最后,对工程实施进度合理安排,尽可能与农产物生产周期错开;利用先进技术进行降水影响的预测,确定工程深水位机井。此外,还需要注意尽可能利用最近水源,以保证地下水的循环利用。
四、总结
综上所述,可以看出我国南水北调工程气势磅礴,纵横我国南北大地为我国黎民百姓提供了生活和生产保证,为实现我国北部地区的共同繁荣作出了不少贡献。本文通过以上对南水北调中线干线对河南段水环境的特征分析、问题探讨,对南水北调水利工程有了更深一步的了解,相信不久的将来南水北调势必环节我国水资源紧缺各省资源困难。
参考文献
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关键词:OPC;南水北调中线;自动化调度;水量调度;闸站监控;监测数据;系统集成
中图分类号:TV213;TV68文献标识码:A文章编号:1672-1683(2013)04-0114-05
南水北调中线工程跨越长江、黄河、淮河、海河四大流域,是解决京、津、华北地区缺水问题的重大战略基础设施,担负着北京、天津、石家庄、郑州等数十座城市供水任务[1]。水量调度系统是南水北调中线工程自动化调度系统的核心组成部分,是实现统一调度、集中控制的基础[2]。水量调度系统的重要任务之一,就是利用各节制闸、分水口、退水闸实时的监测数据,计算出正常运行状态、冰期运行以及应急状态下的闸门控制指令[3-6]。闸站监控系统则负责采集并为水量调度系统提供监测数据,再根据接收到的控制指令,对节制闸、分水口、退水闸等进行远程控制[7]。因此,需要在水量调度系统与闸站监控系统之间建立数据通信,完成大量的实时数据传递任务。基于OPC技术可以建立彼此独立的应用系统之间实时数据通信的桥梁,能有效克服应用系统之间的不兼容问题,实现系统集成应用。
1OPC简介
OPC(OLE for Process Control,过程控制对象连接与嵌入技术)是OPC基金会组织推广的工业控制和生产自动化领域中的硬件和软件之间的标准接口[8-9]。OPC以组件对象模型为基础,采用客户端/服务器模式,允许各种不同设备之间以相同的方式进行通信。OPC是应用程序之间交换实时数据的一种方法,既可以应用于软件系统之间的集成,也可以应用于软件系统与硬件系统之间的集成[10-15]。
1.1OPC的组成
OPC服务器由三类对象构成[8]:OPC服务器(OPC Server)、OPC组(OPC Group) 和OPC项(OPC Item)。OPC服务器提供数据源以及数据访问接口,并负责维护有关OPC服务器的相关信息,OPC服务器是组对象的容器,可以包含一个或多个组对象;OPC组提供了一种容纳和组织OPC数据项的机制,从逻辑上完成对数据项的管理,组可以包含一个或多个数据项;项是最小的对象单元,由数据值(Value)、数据质量(Quality)、时间戳(Time Stamp)等构成,代表着与OPC服务器的数据连接。OPC包含两种标准接口:自定义接口和自动化接口,自定义接口是一组COM接口,由OPC Server服务商提供;自动化接口是一组OLE接口,主要用于OPC客户端应用程序开发。OPC体系结构见图1。
1.2OPC数据存取方式
OPC服务器与OPC客户端之间数据交互包括两个方面:OPC客户端从OPC服务器端读取数据和OPC客户端向OPC服务器端写入数据。OPC客户端数据读取有三种方式:同步、异步、订阅[11],而OPC客户端向OPC服务器写数据只有两种方式:同步写和异步写。
同步数据存取包括同步读和同步写。OPC客户端通过接口函数向OPC服务器发出数据存取请求,OPC服务器执行相应的请求操作,当OPC服务器对应的响应全部完成后才能返回,在此期间,OPC客户程序一直处于等待状态。同步数据存取时,如果有大量数据进行操作或有很多OPC客户程序对OPC服务器进行读操作时,必然造成OPC客户程序的阻塞现象。因此,同步数据存取适用于OPC客户程序较少,数据量较小的场合。
异步数据存取包括异步读和异步写。OPC客户端程序向OPC服务器端发出请求后立刻返回,不用等待OPC服务器的响应,即可进行其它操作。OPC服务器完成响应后再通知OPC客户程序。相对于同步数据存取,异步数据存取的效率更高。
订阅式数据读取是指 OPC客户程序对OPC服务器发送请求后立刻返回,不用等待OPC服务器的操作,即可进行其它操作。OPC服务器在数据发生改变时,会自动根据更新周期刷新相应的客户端数据。客户端只向OPC服务发送一次请求,之后不再对服务器请求。相比于同步数据存取和异步数据存取,订阅式数据访问方式可以有效降低客户端访问服务器的次数,最大程度地避免网络阻塞。
OPC客户端利用数据访问接口,以统一的方式访问OPC服务器,无需了解服务器端的底层细节及硬件设备驱动,易于实现应用系统之间或软硬件系统之间的集成。OPC实现了远程调用,使得应用程序与系统硬件的分布无关,便于系统硬件配置。OPC降低了系统集成的成本,基于COM规范的语言无关性简化了OPC客户端系统开发,用户可以选择熟悉的二次开发语言,以及各种商业开发软件包,OPC客户端不必考虑硬件设备驱动的问题。基于OPC的上述优点,本文采用OPC技术实现水量调度系统与闸站监控系统之间的集成。
2南水北调中线工程自动化系统
2.1南水北调中线工程自动化调度系统简介
南水北调中线工程自动化系统包括六大应用系统,分别是:水量调度系统、闸站监控系统、闸站视频监视系统、工程安全监测自动化系统、水质监测系统、三维仿真系统。
水量调度系统是整个自动化调度系统的大脑,是实现统一调度、集中控制的基础。通过该系统,实现正常调度、应急调度、冰期运行等不同工况下水量调度计划制定、闸门控制指令制定及发送等功能。
闸站监控系统是全线集中控制方式的执行系统,可以在调度中心对全线所有节制闸、分水口、退水闸、工作闸等进行远程自动控制,系统主要功能包括闸站控制、运行状态实时监测、告警、模拟、趋势分析、查询统计、系统管理等。
闸站视频监视系统主要用于监视闸门及启闭机运行状态、水流状态、机房设备运行状态、园区安防等情况,同时可进行远程操作维护指导,能够起到“事前发现、事中处理、事后取证”的作用。
工程安全监测自动化系统将预埋在渡槽、隧洞、倒虹吸等建筑物及特殊渠段的监测仪器数据自动采集,上传至调度中心,在调度中心能够针对异常情况进行报警,主要功能包括监测信息管理、在线综合分析、离线综合分析、综合查询、报表制作等。
水质监测系统通过固定、移动、自动等监测手段实现水质信息的采集并上传至调度中心,水质不达标或发生污染时及时报警,并针对异常情况指挥现场进行处理。主要功能包括水质监测数据采集与管理、水质站网管理、水质分析评价、水质监测资料整理汇编、水质预测预报、水质信息查询、水质会商支持、水质信息等。
三维仿真系统通过数字化手段把中线干线工程装进计算机,能够形象地展示工程全貌,同时可展示工程沿线社会经济环境。三维仿真系统是实现“数字中线”的基础。
2.2水量调度系统与闸站监控系统的集成
水量调度系统集成了供水计划生成模型、总干渠水力学模型、冰期输水控制模型、应急预案模型。为了提高数据共享,保证数据一致性,系统构建统一的模型参数数据库,闸门控制指令计算模型的输入包括两类参数:一类是模型参数,包括水工建筑物的设计参数,如渠段长度、底宽、设计水位、设计流量,以及模型自身的参数,如水位最大降速、闸门开度步长等;另一类参数是反映供水调度实时状态的监测数据,如闸前闸后水位、闸门开度、过闸流量等。模型参数从本地模型数据库中获取,监测数据则利用OPC技术从闸站监控系统获取,同时,生成的控制指令也通过OPC Client发送到闸站监控系统。系统体系结构见图2。
3OPC技术在水量调度系统中的应用
3.1南水北调中线水量调度规则
水量调度就是根据各用水户的用水需求,通过改变一系列控制闸门的启闭状态,适时、适量地将水送到用水户的过程。南水北调中线水量调度以总干渠水力学模拟模型为基础,采用前馈加反馈的控制策略[16]。根据渠道初始及目标状态的流量、水位、渠道水体体积等参数指标,初步制定节制闸流量变化过程及闸门开度变化过程,称为前馈控制策略;根据渠道水力响应的实测数据,对过闸流量及闸门开度进行修正,以保证节制闸流量变化过程与前馈控制策略制定的流量过程一致,称为反馈控制策略。典型的控制指令生成流程见图3。
3.2基于OPC技术的闸站监测数据获取与控制指令发送
反映渠道输水控制状态的实时监测数据是闸门控制指令修正计算的重要依据。考虑到监测数据量大,采集频率高等特点,水量调度系统只在计算控制指令时才建立与OPC Server端的连接,一旦获取到数据后即断开与OPC Server端的连接。同样,系统在每一个设定的时间间隔都会生成控制指令,但只是在需要调整闸门时才将相应的控制指令发送到闸站监控系统执行。本文采用C#语言开发OPC Client端应用程序,实现监测数据获取与控制指令发送。数据获取与指令发送的基本步骤如下。
3.2.1连接OPC Server
OPC Server由闸站监控系统提供,负责提供数据源。在OPC Client端建立与OPC Server的连接时,需要提供OPC Server的名称与IP地址。服务器端的OPC Server可能有多个,在具体实现时,采用OPC Server枚举算法,根据提供的OPC Server名称和IP地址,找到指定的OPC Server,使用OPC Server对象提供的Connect方法建立连接。
3.2.2创建OPC Group 和添加OPC Item
OPC Server作为OPC Group对象的容器,提供了创建和添加组的方法,使用OPC Server对象提供的CreateSubscription可创建OPC Group对象。需要注意的是,使用该方法创建的对象,本身已经添加到OPC Server对象中,不需要使用AddGroup方法添加。在创建OPC组对象时,需要设置组对象的更新频率(UpdateRate)、更新死区(Deadband)、是否激活(Active)等属性,这些属性涉及到数据更新方式,应根据数据访问的实际需要设置。OPC Item由OPC Group管理,创建OPC Item时需要指定ItemName、ClientHandle等属性,其中ItemName必须与OPC服务器端的Item项名称一致,这样在客户端进行请求时,才能获取服务器端对应的数据项的值。
3.2.3异步方式读取监测数据
数据访问是OPC Client端程序实现的一个重要环节,鉴于南水北调中线工程干线供水调度实测数据量大,数据种类多,系统采用订阅的方式,当监控设备采集到的数据有变化时,自动触发数据变化事件函数,通知客户端。
3.2.4向闸站监控系统发送控制指令
发送控制指令是OPC Client端向OPC Server端写入数据的过程。在水量调度系统中,向闸站监控系统写入的开度指令远比获取的监测数据少,另外,根据南水北调中线水量调度的业务要求,在每次对闸门进行控制时,应保证闸门控制操作的同时性。因此,在OPC Client端开发过程中,采用同步写的方式,利用OPC Server对象提供的Write方法,实现向闸站监控系统发送控制指令。
3.2.5断开OPC Server
OPC的连接资源有限,在使用完成后,需要及时断开与OPC Server的连接,使用OPC Server对象提供的Disconnect方法可断开连接并释放资源。
4实例
南水北调中线一期工程京石段水量调度系统部署在总调中心,通过控制专网与闸站监控系统连接,OPC Server端部署在闸站监控系统,负责提供数据源供OPC Client端访问。OPC Client端应用程序部署在水量调度系统,负责从闸站监控系统读取水位、流量、开度等监测数据,保存到内存表,作为控制指令计算的输入项,生成的指令也是通过OPC发送到闸站监控系统。系统体系结构见图2。
南水北调中线一期工程京石段水量调度系统运行总界面见图4。系统提供了统一的水量调度操作界面,实现模型参数维护、模型计算软件集成调用、成果管理、数据查询与统计等功能。控制指令发送界面见图5,采用颜色高亮显示、闪烁等方式突出显示开度发生变化的闸门,提醒运行调度操作人员需要执行相应的控制指令。
京石段自动化调度系统目前尚处于试运行阶段,软硬件设备均处于调试状态。系统与OPC Server端采取短连接的方式,即:在每次闸门控制指令计算时进行连接,获取数据后立即断开与OPC Server的连接,并释放资源;在需要发送控制指令时,建立与OPC Server连接,指令发送完毕后断开连接。短连接方式能有效降低闸站监控系统OPC Server端软件运行不稳定对水量调度系统的影响,提高了系统的稳定性。
5结语
作为南水北调中线工程自动化系统的大脑,水量调度系统负责实现正常调度、应急调度、冰期运行等不同工况下水量调度计划制定、闸门控制指令生成等功能,是多个专题模型的集成系统。本文介绍了OPC技术的原理与数据访问规范,并开发了OPC Client端应用程序,实现了南水北调中线工程京石段水量调度系统与闸站监控系统之间的集成。实践表明,采用OPC技术很好地实现了水量调度系统与闸站监控硬件系统之间的数据通信,而无需了解闸站监控数据采集设备底层的细节,系统运行稳定,开发相对简单高效,集成成本低。
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