淺析城市給水網系統的優化

譚偉明

摘要:本文利用優化建模及系統仿真方法,并結合城市管網GIS,對城市自來水管網給水系統進行了優化建模和優化給水,以期從根本上解決城市節約用水的問題,并為建設節水型城市準備必要的工具。

關鍵詞:城市信息化 管網供配水系統 優化 建模

中圖分類號:TU991文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0060-01

如何運用先進的科學方法和現代化的管理手段來解決城市自來水管網系統優化給水問題,是擺在每一個城市自來水公司,尤其是缺水地區的自來水公司面前的一項艱巨任務。解決這一問題的方法就是“開源節流”;“城市給水優化系統”的研究與開發,是從根本上解決城市用水的“節流”問題的有效辦法;城市自來水公司在向城市工業和居民給水的過程中,一旦建立了“城市給水優化系統”后,就從給水的源頭控制了水的流失和浪費問題,保證了城市最大限度的“節約用水”;因此,我們說“城市給水優化系統”的研究與開發,其市場前景是極其廣闊的,它所帶來的經濟與社會效益也是巨大的。

1“城市優化供配水系統”的功能描述

“城市優化給水系統”的開發,是以城市給水系統管網GIS為背景,建立起來的一個軟件系統,它具有以下功能:城市給水系統管網GIS功能,高度現代化的生產調度指揮系統功能、完全信息化的在線優化供配水系統功能、應急事故處理的社會服務功能等。

1.1城市給水系統管網GIS功能

城市給水系統管網GIS功能是“城市優化給水系統”的核心功能,具有以下六大功能子系統,它們分別是基礎平臺的圖庫管理子系統、管網編輯子系統、管網管理子系統、管網運行調度子系統、事故處理子系統、管網維護管理子系統等;通常每個子系統均可由數個模塊組成,下面將分別敘述各個子系統的功能和其模塊的功能。

1.1.1地形圖庫管理子系統

本子系統除提供了分別對點、線、區三種圖元的空間數據和圖形屬性進行輸入和編輯的功能,以從圖形表格輸出的功能之外,最主要的是實現地形圖建庫、對圖庫靈活的管理和方便的數據轉換。

1.1.2管網輸入編輯子系統

管網輸入編輯子系統提供豐富有力的網絡輸入手段,構造網絡拓撲關系,建立與管網元素相關的屬性數據和提供供水管網的圖形屬性編輯工具。

1.1.3管網管理子系統

管網管理子系統用于對管網信息進行全面的了解和詳細的分析。提供屬性與管線的雙向查詢工具查詢檢索各種需要的數據和信息。

1.1.4管網運行調度子系統

管網運行調度子系統實際上就是“供配水優化系統”的具體實施,它是在GIS系統的基礎上建立起來的,該子系統同時需要查表收費系統和SCADA系統的數據支持。

1.1.5事故處理子系統

事故處理子系統包括爆管事故處理和火災事故處理兩個模塊,爆管事故是指管網中突發的爆管等漏水事故。用戶只需指定漏水處,系統將能夠制定出合理的處理方案,以便及時排除故障。當需檢修某個或某些閥門時,則需利用擴大關閘搜索尋找需關哪些閥門,以便進行搶修。

1.1.6管網維護管理子系統

該子系統主要是對管道完工檔案、閘門和管網運行狀態進行管理日常業務管理。

1.2高度現代化的生產調度指揮系統功能

任何一個城市自來水企業,為了滿足對生產過程的調度指揮,均需設置一個“中央生產調度指揮中心”,以及指揮生產的“生產過程實時監控系統(SCADA)”;該SCADA系統通常由企業生產調度指揮中心、分廠測控站、管網RTU、有線/無線通信系統等構成;因此,SCADA就構成了“城市給水綜合自動化系統”的核心系統。“城市給水綜合自動化系統”之中的SCADA功能。

1.3完全信息化的在線優化給水系統功能

以供水管網GIS為背景建立起來的城市優化給水系統數學模型,在城市自來水公司生產調度中心投入使用的時候,通常都具備有“完全信息化的在線優化給水系統功能”。

1.4應急事故處理的社會服務功能

城市自來水管網系統在實際運行過程中,有可能發生各種各樣的事故(諸如爆管、停水、水壓不足等),城市居民、單位均可通過預先設置的電話通知自來水公司,以便急時得到維修,這就是應急事故處理的社會服務功能。

2“城市優化給水系統”的開發方法

2.1城市優化給水系統數學模型的建立

城市優化給水系統數學模型的建立,是以管網GIS系統基礎數據,計算機網絡收費系統數據處理和現場管網測試數據等為依據;根據城市管網分布結構,篩選出管網干道節點,以這些管網干道節點為核心,形成管網水流環路,然后再利用流體力學基本計算公式進行模擬計算,從而獲得管網環路各節點上的壓力分布和流量分布;根據系統優化目標,進一步對該系統進行優化;“城市優化供配水系統仿真與優化軟件包”的運行,使上述這一切成為可能。

2.2城市優化給水系統數學模型的維護

通過對模型周期性的不斷更新,以保證模型應用的準確性;對于管網不同程度的變化情況,模型可作如下處理:當局部變化時,應及時調整模型數據;當管網的變化加大到一定程度時,應對模型進行更新;當管網中的變化程度無法在原有基礎上更新時,應對模型進行重建。對于模型具體維護工作包括: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,加入新的管網設備/刪除舊的管網設備,更新管線模型,更新需水量數據,根據局部現場測試數據對模型做相應改動。

2.3城市優化給水系統的模型數據庫的建立

城市優化給水系統的模型數據庫的作用,是將GIS系統數據、網絡收費系統數據及管網現場測試數據進行存儲和轉換,為模型的建立提供數據支持。

3結語

“城市優化給水系統”的研究與開發,對國計民生有著極其重要的意義,尤其對我國北方缺水和嚴重缺水的干旱地區更是如此;世界上發達國家的城市自來水公司,無一例外的都裝備有該系統;這也從另一個角度說明了,“城市優化給水系統”確實是建設節水型城市的必備工具。

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