給水系統優化調度與管網滲漏控制基礎探討

摘 要：給水系統的優化調度是一門綜合性的應用技術，它以系統工程理論和最優化技術為理論基礎，應用管網宏觀數學模型和用水量預報技術等各種手段，以計算機為工具，在各種“硬件”、“軟件”的支持下，實現給水系統管理現代化和決策科學化，從而獲得最高的社會效益和經濟效益。本文主要分析給水系統優化調度數學模型，內容及管網滲漏控制的探討。

關鍵詞：給水系統優化調度；優化調度數學模型；管網滲漏控制

室外給水工程又稱給水工程，是為滿足城鄉居民及工業生產等用水需要而建造的工程設施。它的任務是自水源取水，并將其凈化到所要求的水質標準后，經輸配水系統送往用戶。給水工程包括水源、取水工程、凈水工程、輸配工程4部分。經凈水工程處理后，水源由原水變為通常所稱的自來水，滿足建筑物的用水要求。室內給水工程的任務是按水量、水壓供應不同類型建筑物的用水。根據建筑物內用水用途可分為生活給水系統、生產給水系統和消防給水系統。

一、給水系統優化調度分析

（一）給水系統的優化調度。目前我國絕大多數城市給水系統還處在一種經驗型的管理狀態。這種經驗型的管理辦法雖然能夠大體上滿足供水需要，但卻缺乏科學性和預見性，難以適應日益發展變化的客觀要求，所確定的調度方案只是若干方案中的一種，而不是“最優”方案。往往造成很多不合理的現象。先進的調度管理應充分利用計算機技術并建成管網圖形與信息的計算機管理系統。給水管網現狀工況分析，對提高給水系統的管理水平至關重要。近年來由于計算機技術和控制遙測技術的迅猛發展，世界各國都著力于發展管網現狀工況分析（狀態分析）的研究，使給水管網的管理水平進入了一個新的階段；管網現狀工況分析也是實現節能技術的基礎。通過現狀工況分析，可為優化運行提供參數、條件以及實現的目標，是實施優化調度與控制的基礎。

城市給水系統的優化調度就是在保證安全、可靠、保質、保量地滿足各項供水要求的前提下，根據監測系統反饋的系統實際運行狀態資料，或根據科學的預測手段，運用數學上的最優化技術，從所有各種可能的調度方案中，確定一種使系統總運行費用最省的最佳調度方案，從而確定系統中各設備的運行工況，以獲取最高的社會效益和經濟效益。大城市的管網往往隨著用水量的增長而逐步形成多水源的給水系統。這種系統通常在管網中設有水庫和加壓泵站。為此須有調度管理部門，及時了解整個結水系統的生產情況，隨時進行調度，采取有效的強化措施。通過集中調度，各水廠泵站可不必只根據本廠水壓大小來啟閉水泵，而有可能按照管網控制點的水壓確定各廠工作泵的臺數。這樣，既能保證管網所需的水壓、水質又可避免因管網水壓過高而浪費能量、增大漏失。通過調度管理，可改善給水系統運行效果，降低供水的耗電量。從數學上講，給水系統的優化調度就是以供水費用（包括制水費用和運行電費）最省力目標函數，以滿足各項供水要求為約束條件的最優化問題。

（二）給水系統的微觀數學模型與宏觀數學模型。在進行給水系統運行最優化計算時，必須快速、準確地模擬出系統的工作狀況，求出表征系統工作狀況的一些特征參數，因而必須建立管網的數學模型。常用的管網數學模型有兩大類：管網的微觀數學模型，即傳統的管網模型。它是從實際管網簡化而來的。應用這種模型進行平差計算時，要求己知各管段的結構參數（管長，管樣，表征管壁粗糙程度的系數等）以及各節點標高、節點流量等，輸入數據多，占用計算機內存多，計算時間長，而且有許多輸入數據帶有某種隨機性和不確定性，因而使計算結果不可靠。加以計算工作量大，計算時間長，因而不適于優化調度的需要；管網的宏觀數學模型就是在以往運行資料的基礎上，利用統計分析的方法建立起來的一種經驗性的數學表達式。它不必考慮管網中具體各節點、各管段的工作狀態，而是從系統方法的角度出發，直接描述出涉及管網優化調度方案決策的管網主要參數之間的經驗函數關系。根據這種經驗性的數學表達式，只要確定了管網的用水量，即可迅速求出各水廠的供水量，供水比力，而不必進行煩瑣的平差計算，因而計算速度快、輸入數據少，占內存少，而且計算結果可靠。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有的作用。所以說宏觀模型的建立和發展對城市給水管網的優化調度具有重要而深遠的意義。

（三） 給水系統優化調度內容。給水管網優化調度主要由3部分組成，如圖1所示。

圖1 給水系統優化調度圖

用水量預測是實施優化運行的基礎和前提，它的準確度直接影響到調度運行的可靠性及實用性。建立與實際系統的宏觀特征相吻合的工況模型是科學進行給水管網優化調度的保證，進行優化調度計算時一般需建立各個測壓點壓力和給水泵站流量、壓力關系模型，泵站給水流量和給水壓力、系統用水量之間的關系模型。優化決策的最后環節就是建立優化調度模型，用以確定優化運行的決策變量值，其目的就在滿足系統約束前提下，使運行費用最小。

二、管網滲漏控制

（一）在新管網施工的管材、管件質量和施工工藝，以及回填質量上下功夫，應有技術科等專門職能科室進行監督和管理，以盡可能減少新敷設管網的漏失隱患。

1.依據《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50628）和其他有關規定進行材料采購；

2.主管網應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質量參差不齊，焊接不良；②管道防腐處理不好；③管網伸縮延展性不夠，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量、施工安裝質量、以及回填質量尤其重要。

（二）在需要熱熔的非金屬管網要盡量減少管內縮口。

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，增加了管網內摩擦力，也就增加了管網損耗，增加無謂的水頭損失；

3.具體解決方法有兩種：①熱熔時安裝施工人員掌握好溫度和時機，不要太淺和過深，既保證接口不漏水，又能減少內縮口的面積。②熱熔后，管線在一定長度內，用接近供水管型號的鋼釬進行反復疏通，以便達到減少縮口的目的。

（三）加強數據分析，促進控漏水平的提高。建立健全各類基礎臺帳，特別是管網搶修臺帳、巡線臺帳、檢漏臺帳等，匯總相關數據進行分析，總結成果，查找問題制定整改措施，不斷推進供水管網漏損控制工作取得新進步。

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