淺析城市供水調度系統建設探究

張利偉

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

關鍵詞：調度 優化 監控 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，城市供水事業的發展壓力不斷增大，為了促進供水調度工作進一步走向現代化科學管理的新領域。供水調度系統建設必須對供水調度優化、供水調度系統應用監控、供水調度壓力控制點的選擇等方面進行調整。

1、供水調度優化升級

1.1 自來水廠供水調度的優化

水廠作為供水生產部門，保質保量、優質供水是其主要職能，在做好優質供水的同時，怎樣才能節能降耗？這就需要做好水廠的調度工作，優化調度方案。根據多年的工作經驗及水廠的現有生產設備，怎樣做好優化調度，提出如下看法：

（1）做好水廠調度首先要建立一套完整的生產信息收集系統，通過對日常供水的水量、水壓實時監控水質的變化，建立完整的生產數據庫，根據供水水量、水壓、水質變化情況，實時合理調度水廠生產，提高生產效益，降低生產成本。

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

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

1.2 管網調度優化

（1）加強對供水管網水壓實時監控力度。管網調度的中心內容是：壓力均衡、減少跑漏。如何做到這一點，需要根據管道的大小、走向，管路地形作詳細了解，在適當的區域布置一定數量的測壓儀器，根據管網運行壓力，實時調整，科學調度。

（2）管道合理布局、閥門補充調配。管道布局要合理，要根據城市人口區域分布密度、供水面積，使主管道走向合理，盡量滿足主要用水區域的水壓、水量，維持好整個供水管網壓力穩定。但是，網絡供水不是一成不變的，隨著城市的不斷發展變化，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，減輕管網壓力負荷，維持管網壓力均衡。

（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，同時還能減少周圍地區的水壓變化，起到穩定水壓的作用。

2、供水調度系統應用

城市供水調度監控系統要做到能夠遠程對現場的運行設備進行監視和控制，以實現管道水流量的數據傳送，降低故障率和提高對系統的反應速度。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。各水源監測點的數據采集終端可自動采集管道水流量的實時數據與開關狀態等數據，信息傳輸到中控室監控中心，監控中心通過對傳輸回的數據進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現故障時，能在最短的時間內解決問題，恢復供水，提高整體的服務水平，從而實現城市供水的信息化、現代化。

2.1 GPRS檢測設備的應用

目前在供水調度系統監控領域主要有2種設備可供選擇，一種是電臺RTU監測設備，另一種是GPRS-RTU監測設備。通過對比，發現RTU監測系統信號處理能力強，使用費用較低，采集上報的數據實時性好；但系統存在通信速率慢，易受干擾，通信周期隨系統容量同步增大，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，距離用水點較近，監測數據偏低；而GPRS系統雖然I/O點數不如RTU多，使用費用略高，但通信速率快，網絡容量大，穩定可靠，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，監測數據真實。雖然后期使用費用GPRS設備略高，但建設費用GPRS系統大大低于RTU系統。 由于GPRS監測設備具有的特點，使其成為供水管網監測設備的理想之選。

2.2 SCADA供水調度

SCADA系統即監控和數據采集系統。SCADA系統又稱計算機四遙（遙調、遙控、遙測、遙信）系統，在給排水行業已經得到廣泛應用，取得了良好的經濟效益和社會效益，其應用價值已經得到全行業的廣泛認可。 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展為SCADA技術的產業化應用提供了良好的硬件和軟件平臺，使SCADA系統呈現出更優、更新和易用性更強的功能特點。

目前常使用的SC2000系統就是一個先進的SCADA系統，該系統由調度中心主調度機和若干個現場執行單元（現場終端機）組成，調度中心負責管理和協調整個系統的運行；現場執行單元分布于水廠、加壓泵站、管網測壓點等不同位置，和主調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、水位等各種數據，監測設備的運行狀況，并能在特定的情況下控制現場設備的運行，執行調度中心的各項命令。在給水生產過程中應用SC2000系統能使生產調度人員在控制中心就可以隨時了解設備運行狀況，掌握各環節的工作情況，及時合理地進行生產調配，并能進行歷史資料的檢索、事故分析追蹤，還能通過設定的數學模型，做出一天到幾天內的生產預測分析，合理有效地安排生產，對優化調度具有很強的指導意義，從而取得節能降耗、降低漏失、安全、優質、高效供水的經濟效益和社會效益；輔助供水企業達到《城市供水條例》規定的要求，符合建設部關于《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》的精神。

3、供水調度壓力控制點的選擇

3.1 調度控制點確定

在完成測壓點的布局后，可以進一步進行調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。調度控制點是指，根據這些點壓力的變化可以準確地下達調度命令，有效地控制管網的正常運行。在人工經驗調度的條件下，這些點的數量以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度員無所適從。在以模型計算為核心技術的科學調度的條件下，這些點可以適度地增加，以便通過模型計算可以更加細節地給出調度方案，但同樣不宜過多，以人工調度條件下2～3倍的點數為宜，點數太多可能會導致解算無解的情況大增。

3.2 調度控制點分類

3.2.1 安全壓力控制點

安全壓力控制點是指每個供水區域中的壓力最高點。也可以在所有供水區域壓力最高點中選取全網壓力最高點，一般說來這一點的壓力控制在安全范圍內，則全網壓力都在安全范圍內，不過相對于按供水區域來控制顯得粗放一點兒。在人工調度方式時可以采用全網最高點來進行調度控制，但如果運用模型作為調度決策時，應該采用供水區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域的壓力最低點。與安全壓力控制點類似，也可選取全網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域或整個管網泵站運行的能效狀況的，在滿足安全與服務壓力的需求下，能效壓力監測點壓力的高低應該體現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點的壓力情況，即與大多數節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）對中壓區的節點進行正態分布分析，應該在分布峰值區內進行選點，因為在峰值區內的壓力體現了該區域的大多數壓力分布狀態，具有區域的代表性。

（2）選取的節點再與峰值區內的其他節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點。經過以上的分析后所選取的點，還必須調用其SCADA系統的歷史數據進一步驗證，并通過實際運行的觀察分析和評估。

3.4 調度控制點的使用

由于調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）優先。調度控制點在所有測壓點中應該有最高的優先級，在其他點的巡測過程中可以隨時被調度控制點中斷，而轉向調度控制點的服務。

（2）頻繁。為了及時得到控制點的數據，應該每1分鐘巡測一遍，同時把這些數據單獨加以保存。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據。這樣，在已經存在科學調度決策系統的情況下，系統可以及時得到最新的數據進行決策計算。

（3）熱備。為了增加這些調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、結語

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

參考文獻:

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

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