給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度與管網(wǎng)滲漏控制基礎(chǔ)探討

李淑梅

大慶市自來水有限公司，黑龍江 大慶 163311

室外給水工程又稱給水工程，是為滿足城鄉(xiāng)居民及工業(yè)生產(chǎn)等用水需要而建造的工程設(shè)施。它的任務(wù)是自水源取水，并將其凈化到所要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)輸配水系統(tǒng)送往用戶。給水工程包括水源、取水工程、凈水工程、輸配工程4部分。經(jīng)凈水工程處理后，水源由原水變?yōu)橥ǔＫQ的自來水，滿足建筑物的用水要求。室內(nèi)給水工程的任務(wù)是按水量、水壓供應(yīng)不同類型建筑物的用水。根據(jù)建筑物內(nèi)用水用途可分為生活給水系統(tǒng)、生產(chǎn)給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)。

1 給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度分析

1.1 給水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度

目前我國(guó)絕大多數(shù)城市給水系統(tǒng)還處在一種經(jīng)驗(yàn)型的管理狀態(tài)。這種經(jīng)驗(yàn)型的管理辦法雖然能夠大體上滿足供水需要，但卻缺乏科學(xué)性和預(yù)見性，難以適應(yīng)日益發(fā)展變化的客觀要求，所確定的調(diào)度方案只是若干方案中的一種，而不是“最優(yōu)”方案。往往造成很多不合理的現(xiàn)象。先進(jìn)的調(diào)度管理應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)并建成管網(wǎng)圖形與信息的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。給水管網(wǎng)現(xiàn)狀工況分析，對(duì)提高給水系統(tǒng)的管理水平至關(guān)重要。近年來由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制遙測(cè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界各國(guó)都著力于發(fā)展管網(wǎng)現(xiàn)狀工況分析（狀態(tài)分析）的研究，使給水管網(wǎng)的管理水平進(jìn)入了一個(gè)新的階段；管網(wǎng)現(xiàn)狀工況分析也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)。通過現(xiàn)狀工況分析，可為優(yōu)化運(yùn)行提供參數(shù)、條件以及實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，是實(shí)施優(yōu)化調(diào)度與控制的基礎(chǔ)。

城市給水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度就是在保證安全、可靠、保質(zhì)、保量地滿足各項(xiàng)供水要求的前提下，根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋的系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)資料，或根據(jù)科學(xué)的預(yù)測(cè)手段，運(yùn)用數(shù)學(xué)上的最優(yōu)化技術(shù)，從所有各種可能的調(diào)度方案中，確定一種使系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用最省的最佳調(diào)度方案，從而確定系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行工況，以獲取最高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。大城市的管網(wǎng)往往隨著用水量的增長(zhǎng)而逐步形成多水源的給水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常在管網(wǎng)中設(shè)有水庫(kù)和加壓泵站。為此須有調(diào)度管理部門，及時(shí)了解整個(gè)結(jié)水系統(tǒng)的生產(chǎn)情況，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)度，采取有效的強(qiáng)化措施。通過集中調(diào)度，各水廠泵站可不必只根據(jù)本廠水壓大小來啟閉水泵，而有可能按照管網(wǎng)控制點(diǎn)的水壓確定各廠工作泵的臺(tái)數(shù)。這樣，既能保證管網(wǎng)所需的水壓、水質(zhì)又可避免因管網(wǎng)水壓過高而浪費(fèi)能量、增大漏失。通過調(diào)度管理，可改善給水系統(tǒng)運(yùn)行效果，降低供水的耗電量。從數(shù)學(xué)上講，給水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度就是以供水費(fèi)用（包括制水費(fèi)用和運(yùn)行電費(fèi)）最省力目標(biāo)函數(shù)，以滿足各項(xiàng)供水要求為約束條件的最優(yōu)化問題。

1.2 給水系統(tǒng)的微觀數(shù)學(xué)模型與宏觀數(shù)學(xué)模型

在進(jìn)行給水系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化計(jì)算時(shí)，必須快速、準(zhǔn)確地模擬出系統(tǒng)的工作狀況，求出表征系統(tǒng)工作狀況的一些特征參數(shù)，因而必須建立管網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型。常用的管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型有兩大類：管網(wǎng)的微觀數(shù)學(xué)模型，即傳統(tǒng)的管網(wǎng)模型。它是從實(shí)際管網(wǎng)簡(jiǎn)化而來的。應(yīng)用這種模型進(jìn)行平差計(jì)算時(shí)，要求己知各管段的結(jié)構(gòu)參數(shù)(管長(zhǎng)，管樣，表征管壁粗糙程度的系數(shù)等)以及各節(jié)點(diǎn)標(biāo)高、節(jié)點(diǎn)流量等，輸入數(shù)據(jù)多，占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存多，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，而且有許多輸入數(shù)據(jù)帶有某種隨機(jī)性和不確定性，因而使計(jì)算結(jié)果不可靠。加以計(jì)算工作量大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，因而不適于優(yōu)化調(diào)度的需要；管網(wǎng)的宏觀數(shù)學(xué)模型就是在以往運(yùn)行資料的基礎(chǔ)上，利用統(tǒng)計(jì)分析的方法建立起來的一種經(jīng)驗(yàn)性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它不必考慮管網(wǎng)中具體各節(jié)點(diǎn)、各管段的工作狀態(tài)，而是從系統(tǒng)方法的角度出發(fā)，直接描述出涉及管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方案決策的管網(wǎng)主要參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系。根據(jù)這種經(jīng)驗(yàn)性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，只要確定了管網(wǎng)的用水量，即可迅速求出各水廠的供水量，供水比力，而不必進(jìn)行煩瑣的平差計(jì)算，因而計(jì)算速度快、輸入數(shù)據(jù)少，占內(nèi)存少，而且計(jì)算結(jié)果可靠。因此，宏觀模型克服了微觀模型的缺陷，效果上又完全起到了它應(yīng)有的作用。所以說宏觀模型的建立和發(fā)展對(duì)城市給水管網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

1.3 給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度內(nèi)容

給水管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度主要由3部分組成，如圖1所示。

圖1 給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度圖

用水量預(yù)測(cè)是實(shí)施優(yōu)化運(yùn)行的基礎(chǔ)和前提，它的準(zhǔn)確度直接影響到調(diào)度運(yùn)行的可靠性及實(shí)用性。建立與實(shí)際系統(tǒng)的宏觀特征相吻合的工況模型是科學(xué)進(jìn)行給水管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的保證，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度計(jì)算時(shí)一般需建立各個(gè)測(cè)壓點(diǎn)壓力和給水泵站流量、壓力關(guān)系模型，泵站給水流量和給水壓力、系統(tǒng)用水量之間的關(guān)系模型。優(yōu)化決策的最后環(huán)節(jié)就是建立優(yōu)化調(diào)度模型，用以確定優(yōu)化運(yùn)行的決策變量值，其目的就在滿足系統(tǒng)約束前提下，使運(yùn)行費(fèi)用最小。

2 管網(wǎng)滲漏控制

1）在新管網(wǎng)施工的管材、管件質(zhì)量和施工工藝，以及回填質(zhì)量上下功夫，應(yīng)有技術(shù)科等專門職能科室進(jìn)行監(jiān)督和管理，以盡可能減少新敷設(shè)管網(wǎng)的漏失隱患。

（1）依據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50628）和其他有關(guān)規(guī)定進(jìn)行材料采購(gòu)；

（2）主管網(wǎng)應(yīng)大力推廣使用球墨鑄鐵管較好。鑄鐵管、鋼管、鍍鋅管等金屬管容易造成：①質(zhì)量參差不齊，焊接不良；②管道防腐處理不好；③管網(wǎng)伸縮延展性不夠，地基沉降，受力影響，造成斷裂；

（3）新型管材一般指PE、PVC、PPI等非金屬管材，這幾種管材的自身質(zhì)量、施工安裝質(zhì)量、以及回填質(zhì)量尤其重要。

2）在需要熱熔的非金屬管網(wǎng)要盡量減少管內(nèi)縮口。

（1）縮口接頭過多，整體管徑縮小，無形之中減小局部供水壓力；

（2）縮口過多，增加了管網(wǎng)內(nèi)摩擦力，也就增加了管網(wǎng)損耗，增加無謂的水頭損失；

（3）具體解決方法有兩種：①熱熔時(shí)安裝施工人員掌握好溫度和時(shí)機(jī)，不要太淺和過深，既保證接口不漏水，又能減少內(nèi)縮口的面積。②熱熔后，管線在一定長(zhǎng)度內(nèi)，用接近供水管型號(hào)的鋼釬進(jìn)行反復(fù)疏通，以便達(dá)到減少縮口的目的。

3）加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，促進(jìn)控漏水平的提高。建立健全各類基礎(chǔ)臺(tái)帳，特別是管網(wǎng)搶修臺(tái)帳、巡線臺(tái)帳、檢漏臺(tái)帳等，匯總相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)成果，查找問題制定整改措施，不斷推進(jìn)供水管網(wǎng)漏損控制工作取得新進(jìn)步。

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