淺析城市給水網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化

譚偉明

摘要:本文利用優(yōu)化建模及系統(tǒng)仿真方法,并結(jié)合城市管網(wǎng)GIS,對(duì)城市自來水管網(wǎng)給水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化建模和優(yōu)化給水,以期從根本上解決城市節(jié)約用水的問題,并為建設(shè)節(jié)水型城市準(zhǔn)備必要的工具。

關(guān)鍵詞:城市信息化 管網(wǎng)供配水系統(tǒng) 優(yōu)化 建模

中圖分類號(hào):TU991文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)03-0060-01

如何運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)方法和現(xiàn)代化的管理手段來解決城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化給水問題,是擺在每一個(gè)城市自來水公司,尤其是缺水地區(qū)的自來水公司面前的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。解決這一問題的方法就是“開源節(jié)流”;“城市給水優(yōu)化系統(tǒng)”的研究與開發(fā),是從根本上解決城市用水的“節(jié)流”問題的有效辦法;城市自來水公司在向城市工業(yè)和居民給水的過程中,一旦建立了“城市給水優(yōu)化系統(tǒng)”后,就從給水的源頭控制了水的流失和浪費(fèi)問題,保證了城市最大限度的“節(jié)約用水”;因此,我們說“城市給水優(yōu)化系統(tǒng)”的研究與開發(fā),其市場(chǎng)前景是極其廣闊的,它所帶來的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益也是巨大的。

1“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”的功能描述

“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”的開發(fā),是以城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS為背景,建立起來的一個(gè)軟件系統(tǒng),它具有以下功能:城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS功能,高度現(xiàn)代化的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)功能、完全信息化的在線優(yōu)化供配水系統(tǒng)功能、應(yīng)急事故處理的社會(huì)服務(wù)功能等。

1.1城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS功能

城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS功能是“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”的核心功能,具有以下六大功能子系統(tǒng),它們分別是基礎(chǔ)平臺(tái)的圖庫管理子系統(tǒng)、管網(wǎng)編輯子系統(tǒng)、管網(wǎng)管理子系統(tǒng)、管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度子系統(tǒng)、事故處理子系統(tǒng)、管網(wǎng)維護(hù)管理子系統(tǒng)等;通常每個(gè)子系統(tǒng)均可由數(shù)個(gè)模塊組成,下面將分別敘述各個(gè)子系統(tǒng)的功能和其模塊的功能。

1.1.1地形圖庫管理子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)除提供了分別對(duì)點(diǎn)、線、區(qū)三種圖元的空間數(shù)據(jù)和圖形屬性進(jìn)行輸入和編輯的功能,以從圖形表格輸出的功能之外,最主要的是實(shí)現(xiàn)地形圖建庫、對(duì)圖庫靈活的管理和方便的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1.1.2管網(wǎng)輸入編輯子系統(tǒng)

管網(wǎng)輸入編輯子系統(tǒng)提供豐富有力的網(wǎng)絡(luò)輸入手段,構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系,建立與管網(wǎng)元素相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)和提供供水管網(wǎng)的圖形屬性編輯工具。

1.1.3管網(wǎng)管理子系統(tǒng)

管網(wǎng)管理子系統(tǒng)用于對(duì)管網(wǎng)信息進(jìn)行全面的了解和詳細(xì)的分析。提供屬性與管線的雙向查詢工具查詢檢索各種需要的數(shù)據(jù)和信息。

1.1.4管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度子系統(tǒng)

管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度子系統(tǒng)實(shí)際上就是“供配水優(yōu)化系統(tǒng)”的具體實(shí)施,它是在GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來的,該子系統(tǒng)同時(shí)需要查表收費(fèi)系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持。

1.1.5事故處理子系統(tǒng)

事故處理子系統(tǒng)包括爆管事故處理和火災(zāi)事故處理兩個(gè)模塊,爆管事故是指管網(wǎng)中突發(fā)的爆管等漏水事故。用戶只需指定漏水處,系統(tǒng)將能夠制定出合理的處理方案,以便及時(shí)排除故障。當(dāng)需檢修某個(gè)或某些閥門時(shí),則需利用擴(kuò)大關(guān)閘搜索尋找需關(guān)哪些閥門,以便進(jìn)行搶修。

1.1.6管網(wǎng)維護(hù)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要是對(duì)管道完工檔案、閘門和管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理日常業(yè)務(wù)管理。

1.2高度現(xiàn)代化的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)功能

任何一個(gè)城市自來水企業(yè),為了滿足對(duì)生產(chǎn)過程的調(diào)度指揮,均需設(shè)置一個(gè)“中央生產(chǎn)調(diào)度指揮中心”,以及指揮生產(chǎn)的“生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)”;該SCADA系統(tǒng)通常由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、分廠測(cè)控站、管網(wǎng)RTU、有線/無線通信系統(tǒng)等構(gòu)成;因此,SCADA就構(gòu)成了“城市給水綜合自動(dòng)化系統(tǒng)”的核心系統(tǒng)?！俺鞘薪o水綜合自動(dòng)化系統(tǒng)”之中的SCADA功能。

1.3完全信息化的在線優(yōu)化給水系統(tǒng)功能

以供水管網(wǎng)GIS為背景建立起來的城市優(yōu)化給水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,在城市自來水公司生產(chǎn)調(diào)度中心投入使用的時(shí)候,通常都具備有“完全信息化的在線優(yōu)化給水系統(tǒng)功能”。

1.4應(yīng)急事故處理的社會(huì)服務(wù)功能

城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中,有可能發(fā)生各種各樣的事故(諸如爆管、停水、水壓不足等),城市居民、單位均可通過預(yù)先設(shè)置的電話通知自來水公司,以便急時(shí)得到維修,這就是應(yīng)急事故處理的社會(huì)服務(wù)功能。

2“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”的開發(fā)方法

2.1城市優(yōu)化給水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

城市優(yōu)化給水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立,是以管網(wǎng)GIS系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)收費(fèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)等為依據(jù);根據(jù)城市管網(wǎng)分布結(jié)構(gòu),篩選出管網(wǎng)干道節(jié)點(diǎn),以這些管網(wǎng)干道節(jié)點(diǎn)為核心,形成管網(wǎng)水流環(huán)路,然后再利用流體力學(xué)基本計(jì)算公式進(jìn)行模擬計(jì)算,從而獲得管網(wǎng)環(huán)路各節(jié)點(diǎn)上的壓力分布和流量分布;根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo),進(jìn)一步對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化;“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)仿真與優(yōu)化軟件包”的運(yùn)行,使上述這一切成為可能。

2.2城市優(yōu)化給水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的維護(hù)

通過對(duì)模型周期性的不斷更新,以保證模型應(yīng)用的準(zhǔn)確性;對(duì)于管網(wǎng)不同程度的變化情況,模型可作如下處理:當(dāng)局部變化時(shí),應(yīng)及時(shí)調(diào)整模型數(shù)據(jù);當(dāng)管網(wǎng)的變化加大到一定程度時(shí),應(yīng)對(duì)模型進(jìn)行更新;當(dāng)管網(wǎng)中的變化程度無法在原有基礎(chǔ)上更新時(shí),應(yīng)對(duì)模型進(jìn)行重建。對(duì)于模型具體維護(hù)工作包括:加入新的需水量/刪除舊的需水量,加入新的管線/刪除舊的管線,加入新的管網(wǎng)設(shè)備/刪除舊的管網(wǎng)設(shè)備,更新管線模型,更新需水量數(shù)據(jù),根據(jù)局部現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)模型做相應(yīng)改動(dòng)。

2.3城市優(yōu)化給水系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)庫的建立

城市優(yōu)化給水系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)庫的作用,是將GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)收費(fèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及管網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換,為模型的建立提供數(shù)據(jù)支持。

3結(jié)語

“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”的研究與開發(fā),對(duì)國計(jì)民生有著極其重要的意義,尤其對(duì)我國北方缺水和嚴(yán)重缺水的干旱地區(qū)更是如此;世界上發(fā)達(dá)國家的城市自來水公司,無一例外的都裝備有該系統(tǒng);這也從另一個(gè)角度說明了,“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”確實(shí)是建設(shè)節(jié)水型城市的必備工具。

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