淺析城市供水調(diào)度系統(tǒng)建設探究

張利偉

摘 要：供水調(diào)度系統(tǒng)是供水企業(yè)中重要的系統(tǒng)之一，它不僅關系到供水企業(yè)的利益及生存，更關系到城市居民能否正常生活。加強供水調(diào)度系統(tǒng)建設，解決供水調(diào)度問題是提高供水企業(yè)社會效應和經(jīng)濟效益所必需的。本文對供水調(diào)度系統(tǒng)建設中幾個關鍵的問題進行了探討，指出了在供水調(diào)度中應當重點注意的一些方面。

關鍵詞：調(diào)度 優(yōu)化 監(jiān)控 壓力控制點

中圖分類號：TV731 文獻標識碼：A文章編號：

隨著城市化力度不斷加大，城市供水事業(yè)的發(fā)展壓力不斷增大，為了促進供水調(diào)度工作進一步走向現(xiàn)代化科學管理的新領域。供水調(diào)度系統(tǒng)建設必須對供水調(diào)度優(yōu)化、供水調(diào)度系統(tǒng)應用監(jiān)控、供水調(diào)度壓力控制點的選擇等方面進行調(diào)整。

1、供水調(diào)度優(yōu)化升級

1.1 自來水廠供水調(diào)度的優(yōu)化

水廠作為供水生產(chǎn)部門，保質(zhì)保量、優(yōu)質(zhì)供水是其主要職能，在做好優(yōu)質(zhì)供水的同時，怎樣才能節(jié)能降耗？這就需要做好水廠的調(diào)度工作，優(yōu)化調(diào)度方案。根據(jù)多年的工作經(jīng)驗及水廠的現(xiàn)有生產(chǎn)設備，怎樣做好優(yōu)化調(diào)度，提出如下看法：

（1）做好水廠調(diào)度首先要建立一套完整的生產(chǎn)信息收集系統(tǒng)，通過對日常供水的水量、水壓實時監(jiān)控水質(zhì)的變化，建立完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)供水水量、水壓、水質(zhì)變化情況，實時合理調(diào)度水廠生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本。

（2）確立水廠各時段機組開啟聯(lián)合供水的最優(yōu)組合方案，即通常所說的最優(yōu)調(diào)度方案。該方案在實際應用中最廣泛，而且至今仍是繼續(xù)研究和應用的基礎方法。

（3）合理確定變速泵的最佳運行轉(zhuǎn)速。水泵的無級變速是目前各水司節(jié)能降耗的一種切實可行的成熟技術，通過對水泵轉(zhuǎn)速的精確控制，使水泵的運行始終處于高效區(qū)運行。因而在實際運行中，既能滿足優(yōu)化運行的要求，同時還能保證水泵在高效區(qū)運行，取得良好的經(jīng)濟效益，是較為科學合理的調(diào)控方式。

1.2 管網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化

（1）加強對供水管網(wǎng)水壓實時監(jiān)控力度。管網(wǎng)調(diào)度的中心內(nèi)容是：壓力均衡、減少跑漏。如何做到這一點，需要根據(jù)管道的大小、走向，管路地形作詳細了解，在適當?shù)膮^(qū)域布置一定數(shù)量的測壓儀器，根據(jù)管網(wǎng)運行壓力，實時調(diào)整，科學調(diào)度。

（2）管道合理布局、閥門補充調(diào)配。管道布局要合理，要根據(jù)城市人口區(qū)域分布密度、供水面積，使主管道走向合理，盡量滿足主要用水區(qū)域的水壓、水量，維持好整個供水管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。但是，網(wǎng)絡供水不是一成不變的，隨著城市的不斷發(fā)展變化，供水情況也會隨之而變，這就需要合理使用閥門進行調(diào)配，通過閥門開啟程度的變化，改變水流方向，使需要用水地方的情況得到改善，減輕管網(wǎng)壓力負荷，維持管網(wǎng)壓力均衡。

（3）充分利用高位水池地勢、蓄水能力，合理制訂高位水池的蓄水高度，使其在用水低峰時蓄水，在用水高峰時供水，起到“削峰填谷”的作用，使得供水泵站供水量的變化趨于平緩，同時能滿足變化劇烈的用水量要求，減輕用水高峰時水廠的負荷，減少水泵的開啟次數(shù)，同時還能減少周圍地區(qū)的水壓變化，起到穩(wěn)定水壓的作用。

2、供水調(diào)度系統(tǒng)應用

城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)要做到能夠遠程對現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)管道水流量的數(shù)據(jù)傳送，降低故障率和提高對系統(tǒng)的反應速度。便于及時迅速地了解及控制遠端管道及閥門，降低故障率和檢修的時間，減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道水流量的實時數(shù)據(jù)與開關狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)街锌厥冶O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現(xiàn)故障時，能在最短的時間內(nèi)解決問題，恢復供水，提高整體的服務水平，從而實現(xiàn)城市供水的信息化、現(xiàn)代化。

2.1 GPRS檢測設備的應用

目前在供水調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控領域主要有2種設備可供選擇，一種是電臺RTU監(jiān)測設備，另一種是GPRS-RTU監(jiān)測設備。通過對比，發(fā)現(xiàn)RTU監(jiān)測系統(tǒng)信號處理能力強，使用費用較低，采集上報的數(shù)據(jù)實時性好；但系統(tǒng)存在通信速率慢，易受干擾，通信周期隨系統(tǒng)容量同步增大，通信距離一般不能超過30 km，受地理條件影響較大，并且由于防護等級低，一般只能安裝于建筑物內(nèi)，距離用水點較近，監(jiān)測數(shù)據(jù)偏低；而GPRS系統(tǒng)雖然I/O點數(shù)不如RTU多，使用費用略高，但通信速率快，網(wǎng)絡容量大，穩(wěn)定可靠，基本不受地理條件限制，設備布置不受安裝條件限制，可直接安裝于主干管線上，監(jiān)測數(shù)據(jù)真實。雖然后期使用費用GPRS設備略高，但建設費用GPRS系統(tǒng)大大低于RTU系統(tǒng)。 由于GPRS監(jiān)測設備具有的特點，使其成為供水管網(wǎng)監(jiān)測設備的理想之選。

2.2 SCADA供水調(diào)度

SCADA系統(tǒng)即監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)又稱計算機四遙（遙調(diào)、遙控、遙測、遙信）系統(tǒng)，在給排水行業(yè)已經(jīng)得到廣泛應用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，其應用價值已經(jīng)得到全行業(yè)的廣泛認可。 SCADA技術是建立在3C+S基礎上的，即計算機技術、通信技術、控制技術）和傳感技術（Sensor），這四項技術在近年來的快速發(fā)展為SCADA技術的產(chǎn)業(yè)化應用提供了良好的硬件和軟件平臺，使SCADA系統(tǒng)呈現(xiàn)出更優(yōu)、更新和易用性更強的功能特點。

目前常使用的SC2000系統(tǒng)就是一個先進的SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)由調(diào)度中心主調(diào)度機和若干個現(xiàn)場執(zhí)行單元（現(xiàn)場終端機）組成，調(diào)度中心負責管理和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運行；現(xiàn)場執(zhí)行單元分布于水廠、加壓泵站、管網(wǎng)測壓點等不同位置，和主調(diào)度機之間通過無線電波方式進行通信，用于收集和存貯壓力、流量、水位等各種數(shù)據(jù)，監(jiān)測設備的運行狀況，并能在特定的情況下控制現(xiàn)場設備的運行，執(zhí)行調(diào)度中心的各項命令。在給水生產(chǎn)過程中應用SC2000系統(tǒng)能使生產(chǎn)調(diào)度人員在控制中心就可以隨時了解設備運行狀況，掌握各環(huán)節(jié)的工作情況，及時合理地進行生產(chǎn)調(diào)配，并能進行歷史資料的檢索、事故分析追蹤，還能通過設定的數(shù)學模型，做出一天到幾天內(nèi)的生產(chǎn)預測分析，合理有效地安排生產(chǎn)，對優(yōu)化調(diào)度具有很強的指導意義，從而取得節(jié)能降耗、降低漏失、安全、優(yōu)質(zhì)、高效供水的經(jīng)濟效益和社會效益；輔助供水企業(yè)達到《城市供水條例》規(guī)定的要求，符合建設部關于《城市供水行業(yè)2000年技術進步發(fā)展規(guī)劃》的精神。

3、供水調(diào)度壓力控制點的選擇

3.1 調(diào)度控制點確定

在完成測壓點的布局后，可以進一步進行調(diào)度控制點的選定工作，當然如果在測壓點運行較長一段時間后再來進行應該更好。調(diào)度控制點是指，根據(jù)這些點壓力的變化可以準確地下達調(diào)度命令，有效地控制管網(wǎng)的正常運行。在人工經(jīng)驗調(diào)度的條件下，這些點的數(shù)量以3～5個為宜，但一般不宜超過5個，因為過多的控制點會使調(diào)度員無所適從。在以模型計算為核心技術的科學調(diào)度的條件下，這些點可以適度地增加，以便通過模型計算可以更加細節(jié)地給出調(diào)度方案，但同樣不宜過多，以人工調(diào)度條件下2～3倍的點數(shù)為宜，點數(shù)太多可能會導致解算無解的情況大增。

3.2 調(diào)度控制點分類

3.2.1 安全壓力控制點

安全壓力控制點是指每個供水區(qū)域中的壓力最高點。也可以在所有供水區(qū)域壓力最高點中選取全網(wǎng)壓力最高點，一般說來這一點的壓力控制在安全范圍內(nèi)，則全網(wǎng)壓力都在安全范圍內(nèi)，不過相對于按供水區(qū)域來控制顯得粗放一點兒。在人工調(diào)度方式時可以采用全網(wǎng)最高點來進行調(diào)度控制，但如果運用模型作為調(diào)度決策時，應該采用供水區(qū)域最高點的多點控制模式。

3.2.2 服務壓力控制點

服務壓力控制點是指每個供水區(qū)域的壓力最低點。與安全壓力控制點類似，也可選取全網(wǎng)壓力最低點作為服務壓力控制點。

3.2.3 能效壓力控制點

能效壓力控制點是觀察某個供水區(qū)域或整個管網(wǎng)泵站運行的能效狀況的，在滿足安全與服務壓力的需求下，能效壓力監(jiān)測點壓力的高低應該體現(xiàn)出泵站運行的能效因素。

3.3 能效壓力控制點的選取

安全壓力控制點與服務壓力控制點的選取相對來說比較容易。而能效壓力控制點的選取需要考慮以下因素：

（1）這樣的點的壓力必須在安全壓力與服務壓力之間；

（2）這樣的點應該能反映出大多數(shù)點的壓力情況，即與大多數(shù)節(jié)點壓力的相關性較強；

（3）這樣的點應該對水源壓力變化是敏感的。

選取的方法可以作以下考慮：

（1）對中壓區(qū)的節(jié)點進行正態(tài)分布分析，應該在分布峰值區(qū)內(nèi)進行選點，因為在峰值區(qū)內(nèi)的壓力體現(xiàn)了該區(qū)域的大多數(shù)壓力分布狀態(tài)，具有區(qū)域的代表性。

（2）選取的節(jié)點再與峰值區(qū)內(nèi)的其他節(jié)點作壓力相關性分析，選取其中相關性最大者作為選中的節(jié)點。

（3）對靈敏度與波動性進行評估，這樣的點應該是靈敏度高而波動性小的節(jié)點。經(jīng)過以上的分析后所選取的點，還必須調(diào)用其SCADA系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進一步驗證，并通過實際運行的觀察分析和評估。

3.4 調(diào)度控制點的使用

由于調(diào)度控制點的重要性高于其他的測壓點，因此在SCADA巡測的過程中，應該有特殊的地位。

（1）優(yōu)先。調(diào)度控制點在所有測壓點中應該有最高的優(yōu)先級，在其他點的巡測過程中可以隨時被調(diào)度控制點中斷，而轉(zhuǎn)向調(diào)度控制點的服務。

（2）頻繁。為了及時得到控制點的數(shù)據(jù)，應該每1分鐘巡測一遍，同時把這些數(shù)據(jù)單獨加以保存。而其他點可以安排較長時間間隔的巡檢，甚至采用逢變則報的方式上報數(shù)據(jù)。這樣，在已經(jīng)存在科學調(diào)度決策系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)可以及時得到最新的數(shù)據(jù)進行決策計算。

（3）熱備。為了增加這些調(diào)度控制點運行的可靠性，測壓點應該采用熱備或多重的方式增加設備，并盡量采用不同的通信方式。

4、結(jié)語

供水調(diào)度問題的重要性決定了供水企業(yè)必須對該問題詳細地了解，確保水質(zhì)指標合格率、管網(wǎng)壓力合格率、管網(wǎng)修漏及時率、能耗指標等符合考核標準，將起到非常重要的作用。供水調(diào)度系統(tǒng)建設需要積累日常經(jīng)驗，提高供水效率。

參考文獻:

［1］謝新民，蔣云鐘，閆繼軍，等．水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)理論與實踐［M］．北京：中國水利水電出版社，2009．

［2］劉舜. GPRS模塊在供水調(diào)度中的應用[J］. 科技咨詢，2010（24）：236-237.