譚偉明

摘要:本文利用優(yōu)化建模及系統(tǒng)仿真方法,并結(jié)合城市管網(wǎng)GIS,對城市自來水管網(wǎng)給水系統(tǒng)進行了優(yōu)化建模和優(yōu)化給水,以期從根本上解決城市節(jié)約用水的問題,并為建設(shè)節(jié)水型城市準備必要的工具。

關(guān)鍵詞:城市信息化 管網(wǎng)供配水系統(tǒng) 優(yōu)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(xiàn)代化的管理手段來解決城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)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(qū)的自來水公司面前的一項艱巨任務(wù)。解決這一問題的方法就是“開源節(jié)流”;“城市給水優(yōu)化系統(tǒng)”的研究與開發(fā),是從根本上解決城市用水的“節(jié)流”問題的有效辦法;城市自來水公司在向城市工業(yè)和居民給水的過程中,一旦建立了“城市給水優(yōu)化系統(tǒng)”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(jié)約用水”;因此,我們說“城市給水優(yōu)化系統(tǒng)”的研究與開發(fā),其市場前景是極其廣闊的,它所帶來的經(jīng)濟與社會效益也是巨大的。

1“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”的功能描述

“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”的開發(fā),是以城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS為背景,建立起來的一個軟件系統(tǒng),它具有以下功能:城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS功能,高度現(xiàn)代化的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)功能、完全信息化的在線優(yōu)化供配水系統(tǒng)功能、應(yīng)急事故處理的社會服務(wù)功能等。

1.1城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS功能

城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS功能是“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”的核心功能,具有以下六大功能子系統(tǒng),它們分別是基礎(chǔ)平臺的圖庫管理子系統(tǒng)、管網(wǎng)編輯子系統(tǒng)、管網(wǎng)管理子系統(tǒng)、管網(wǎng)運行調(diào)度子系統(tǒng)、事故處理子系統(tǒng)、管網(wǎng)維護管理子系統(tǒng)等;通常每個子系統(tǒng)均可由數(shù)個模塊組成,下面將分別敘述各個子系統(tǒng)的功能和其模塊的功能。

1.1.1地形圖庫管理子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)除提供了分別對點、線、區(qū)三種圖元的空間數(shù)據(jù)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(xiàn)地形圖建庫、對圖庫靈活的管理和方便的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1.1.2管網(wǎng)輸入編輯子系統(tǒng)

管網(wǎng)輸入編輯子系統(tǒng)提供豐富有力的網(wǎng)絡(luò)輸入手段,構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系,建立與管網(wǎng)元素相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)和提供供水管網(wǎng)的圖形屬性編輯工具。

1.1.3管網(wǎng)管理子系統(tǒng)

管網(wǎng)管理子系統(tǒng)用于對管網(wǎng)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(shù)據(jù)和信息。

1.1.4管網(wǎng)運行調(diào)度子系統(tǒng)

管網(wǎng)運行調(diào)度子系統(tǒng)實際上就是“供配水優(yōu)化系統(tǒng)”的具體實施,它是在GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來的,該子系統(tǒng)同時需要查表收費系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持。

1.1.5事故處理子系統(tǒng)

事故處理子系統(tǒng)包括爆管事故處理和火災(zāi)事故處理兩個模塊,爆管事故是指管網(wǎng)中突發(fā)的爆管等漏水事故。用戶只需指定漏水處,系統(tǒng)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(guān)閘搜索尋找需關(guān)哪些閥門,以便進行搶修。

1.1.6管網(wǎng)維護管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要是對管道完工檔案、閘門和管網(wǎng)運行狀態(tài)進行管理日常業(yè)務(wù)管理。

1.2高度現(xiàn)代化的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)功能

任何一個城市自來水企業(yè),為了滿足對生產(chǎn)過程的調(diào)度指揮,均需設(shè)置一個“中央生產(chǎn)調(diào)度指揮中心”,以及指揮生產(chǎn)的“生產(chǎn)過程實時監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)”;該SCADA系統(tǒng)通常由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、分廠測控站、管網(wǎng)RTU、有線/無線通信系統(tǒng)等構(gòu)成;因此,SCADA就構(gòu)成了“城市給水綜合自動化系統(tǒng)”的核心系統(tǒng)?！俺鞘薪o水綜合自動化系統(tǒng)”之中的SCADA功能。

1.3完全信息化的在線優(yōu)化給水系統(tǒng)功能

以供水管網(wǎng)GIS為背景建立起來的城市優(yōu)化給水系統(tǒng)數(shù)學模型,在城市自來水公司生產(chǎn)調(diào)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(yōu)化給水系統(tǒng)功能”。

1.4應(yīng)急事故處理的社會服務(wù)功能

城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)在實際運行過程中,有可能發(fā)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(yù)先設(shè)置的電話通知自來水公司,以便急時得到維修,這就是應(yīng)急事故處理的社會服務(wù)功能。

2“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”的開發(fā)方法

2.1城市優(yōu)化給水系統(tǒng)數(shù)學模型的建立

城市優(yōu)化給水系統(tǒng)數(shù)學模型的建立,是以管網(wǎng)GIS系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),計算機網(wǎng)絡(luò)收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)場管網(wǎng)測試數(shù)據(jù)等為依據(jù);根據(jù)城市管網(wǎng)分布結(jié)構(gòu),篩選出管網(wǎng)干道節(jié)點,以這些管網(wǎng)干道節(jié)點為核心,形成管網(wǎng)水流環(huán)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(wǎng)環(huán)路各節(jié)點上的壓力分布和流量分布;根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化目標,進一步對該系統(tǒng)進行優(yōu)化;“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)仿真與優(yōu)化軟件包”的運行,使上述這一切成為可能。

2.2城市優(yōu)化給水系統(tǒng)數(shù)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(yīng)用的準確性;對于管網(wǎng)不同程度的變化情況,模型可作如下處理:當局部變化時,應(yīng)及時調(diào)整模型數(shù)據(jù);當管網(wǎng)的變化加大到一定程度時,應(yīng)對模型進行更新;當管網(wǎng)中的變化程度無法在原有基礎(chǔ)上更新時,應(yīng)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(wǎng)設(shè)備/刪除舊的管網(wǎng)設(shè)備,更新管線模型,更新需水量數(shù)據(jù),根據(jù)局部現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對模型做相應(yīng)改動。

2.3城市優(yōu)化給水系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)庫的建立

城市優(yōu)化給水系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)庫的作用,是將GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)及管網(wǎng)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進行存儲和轉(zhuǎn)換,為模型的建立提供數(shù)據(jù)支持。

3結(jié)語

“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”的研究與開發(fā),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(qū)更是如此;世界上發(fā)達國家的城市自來水公司,無一例外的都裝備有該系統(tǒng);這也從另一個角度說明了,“城市優(yōu)化給水系統(tǒng)”確實是建設(shè)節(jié)水型城市的必備工具。

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