城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度探究

上海城投水務(wù)(集團(tuán))有限公司 上海 200002

1 引言

水是支持人們生活必不可少的物品，是生命之源。因?yàn)槌擎?zhèn)化水平的加快，各個(gè)城市的居民數(shù)量逐漸增加，產(chǎn)生更大的用水需求，而且對于用水質(zhì)量比較關(guān)注。但是我國水源分布不平衡，要想保證供水平衡，就需要城市供水系統(tǒng)的支持。但同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來較嚴(yán)重的環(huán)境污染，包括水污染比較嚴(yán)重，再加上水利用率較低，節(jié)約用水意識不足，使得城市供水系統(tǒng)面臨的壓力更大。特別是新時(shí)期城市供水系統(tǒng)的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，支持的用戶進(jìn)一步增加，也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性，需要采取科學(xué)的優(yōu)化調(diào)度措施，實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化供水，滿足盡量多用戶的用水需求。

2 城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的概念

城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度是結(jié)合設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)得到的供水信息以及水分需求信息，建立預(yù)測模型，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)等的專業(yè)計(jì)算，對未來時(shí)間段內(nèi)的需水量進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，然后聯(lián)合對城市供水管網(wǎng)的分析以及優(yōu)化調(diào)度決策模型的應(yīng)用，考慮供水的經(jīng)濟(jì)、安全等因素，制定出科學(xué)的調(diào)度方案，優(yōu)化進(jìn)行供水。進(jìn)行城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度需要建立在水壓穩(wěn)定、水質(zhì)達(dá)標(biāo)、可以正常供水的基礎(chǔ)上。這項(xiàng)工作是保證城市內(nèi)部各個(gè)單位、居民用水需求得到滿足的關(guān)鍵舉措。尤其是城市用水存在比較明顯的季節(jié)性、時(shí)時(shí)性差異，比如夏季用水需求增加，冬季用水較少等。借助城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域和居民之間的平衡供水。

3 城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的現(xiàn)狀

3.1 調(diào)度模式比較落后 當(dāng)前部分城市應(yīng)用的供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模式采取的是傳統(tǒng)人工調(diào)度模式，按照技術(shù)人員的歷史工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)度，自動(dòng)化水平不足，工作效率較低，而且盲目性較強(qiáng)，對于用水量、供水量、水泵數(shù)量都無法準(zhǔn)確計(jì)算。尤其是如果出現(xiàn)突發(fā)情況，難以準(zhǔn)確估量出城市的用水量，因此可能導(dǎo)致斷水，給居民生產(chǎn)生活帶來較大的不便；而且也可能出現(xiàn)預(yù)測偏差較大，導(dǎo)致部分供水多余，造成浪費(fèi)的問題。在當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)要求下，傳統(tǒng)的調(diào)度模式已不能滿足城市用水需求，需要進(jìn)行創(chuàng)新。

3.2 用水量預(yù)測不夠精準(zhǔn) 實(shí)現(xiàn)城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，前提是對城市用水量進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測和調(diào)查。但目前來說，城市供水系統(tǒng)只能使用普通的時(shí)間序列法對城市用水量進(jìn)行預(yù)測，誤差較大，尤其是天氣、環(huán)境、溫度與施工等對于城市用水量的影響很突出，這會(huì)導(dǎo)致相關(guān)部門給出的用水量估算結(jié)果相比實(shí)際情況有很大誤差，參考價(jià)值降低，導(dǎo)致城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度出現(xiàn)問題。

3.3 缺乏自動(dòng)化調(diào)度經(jīng)驗(yàn) 西方很多國家在城市供水系統(tǒng)中加入計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，整體的自動(dòng)化水平很高，對于用水量的預(yù)測比較準(zhǔn)確，并且衍生出較多的軟件專門用于優(yōu)化調(diào)度。但就我國來說，因?yàn)橛?jì)算機(jī)發(fā)展速度落后于西方發(fā)達(dá)國家，雖然很多城市已經(jīng)開始利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行城市供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，但因?yàn)檫@方面的經(jīng)驗(yàn)不足，起步較晚、成本較高以及節(jié)約用水意識薄弱，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不良，無法產(chǎn)生準(zhǔn)確的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果。

3.4 系統(tǒng)和設(shè)備不匹配 隨著技術(shù)的進(jìn)步，先進(jìn)設(shè)備越來越多，類型更加多樣，對于供水設(shè)備也是如此。比如說水泵，出現(xiàn)變頻變速水泵，相比過去的設(shè)備有更高的供水效率。但是城市供水系統(tǒng)并沒有隨之進(jìn)行革新，使得系統(tǒng)與設(shè)備之間不匹配，影響到優(yōu)化調(diào)度工作。

4 城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的有效措施

4.1 建立完善的城市供水模型 隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市內(nèi)部的供水情況更加復(fù)雜，需要更準(zhǔn)確地模型進(jìn)行用水量的預(yù)測。所以進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度需要先建立完善的城市供水模型。一是在當(dāng)前城市供水系統(tǒng)管道的基礎(chǔ)上建立宏微觀模型，宏觀模型可以應(yīng)對比例負(fù)荷供水問題，尤其是對于居民用水和工業(yè)生產(chǎn)用水交錯(cuò)的地區(qū)；微觀模型可以分析城市供水系統(tǒng)的供水能力，校正系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的變動(dòng)和錯(cuò)誤，這適用于水量需求多、情況比較復(fù)雜的城市。二是建立供水管網(wǎng)調(diào)度模型，考慮水力、水量、供水時(shí)段、水泵負(fù)荷量、地理因素等的相關(guān)變量，同時(shí)根據(jù)不同地區(qū)與不同時(shí)間段，建立出多個(gè)子模型用于分析。每個(gè)子模型都是利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃策略進(jìn)行計(jì)算，保證最終的模型可以應(yīng)對各類用水復(fù)雜情況。三是對城市供水系統(tǒng)進(jìn)行可行性預(yù)測分析，這是最困難的環(huán)節(jié)，因?yàn)閷τ诔鞘泄┧到y(tǒng)可行性并沒有明確標(biāo)準(zhǔn)。但通過多年研究，可以將之進(jìn)行優(yōu)化，從給水系統(tǒng)的水力和可靠性方面進(jìn)行分析。

4.2 建立智能化供水模式 新時(shí)期，相關(guān)單位需要積極借助計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)設(shè)備輔助城市供水系統(tǒng)。需要積極學(xué)習(xí)城市供水系統(tǒng)中有效應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度的案例，學(xué)習(xí)他們的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，然后立足于我國不同城市的特點(diǎn)，考慮不同地域的情況，建設(shè)適用于當(dāng)前需求的城市供水系統(tǒng)，進(jìn)行供水的優(yōu)化調(diào)度。相關(guān)部門還需要建立相匹配的調(diào)度制度，發(fā)揮出計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢和作用。另外還要考慮天氣、施工、溫度等對于用水需求的影響。

4.3 優(yōu)化調(diào)度算法 城市供水系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)有效調(diào)度，需要建立模型，利用先進(jìn)的算法通過模型進(jìn)行計(jì)算，得出最佳的調(diào)度策略。而這就需要優(yōu)化調(diào)度算法，節(jié)約計(jì)算時(shí)間，精確計(jì)算結(jié)果，可以提高供水系統(tǒng)的工作效率，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度的目的。比如某些城市供水系統(tǒng)中的非線性供水網(wǎng)絡(luò)，最適用的算法是雙層自適應(yīng)遺傳算法，其可以優(yōu)化供水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過自適應(yīng)遺傳算法可以循環(huán)搜索的特性，快速找到供水網(wǎng)絡(luò)的較優(yōu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化供水調(diào)度的目標(biāo)，提高供水效率。

5 結(jié)語

城市供水系統(tǒng)在生活中存在著不可替代的作用。新時(shí)期因?yàn)橛盟枨笤黾?，系統(tǒng)運(yùn)行面臨更加復(fù)雜的境地。為了保證正常供水，滿足大部分用戶的用水需求，減少水資源浪費(fèi)問題，要實(shí)現(xiàn)城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，利用先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對水資源的科學(xué)預(yù)測和合理分配，保證正常供水。