论“城市优化供配水系统”研究与开发—建设节水型城市的必备工具(1)

摘 要　在人类社会进入二十一世纪之际，如何运用先进的科学方法和现代化的管理手 段，来解决城市自来水管网系统优化供配水问题，是摆在每一个城市自来水公司，尤其是缺水地区的自来水公司面前的艰巨任务；本文利用优化建模及系统仿 真方法，并结合城市管网GIS，对城市自来水管网供配水系统，进行了优化建模 和优化配水，企图从根本上解决城市节约用水的问题，并为建设节水型城市准备了必要的工具。

关键词 城市信息化 管网供配水系统 优化 建模

1、概述

随着现代科学技术的进步，在世界范围内，计算机已经进入工业生产的各个环节，并取得了飞速的发展；在我国经济建设飞速发展的今天，以电子信息技术改造传统产业和大力倡导工业自动化，已成为不可逆转的趋势；面对城市建设的快速发展，供水行业已充分认识到：对城市供配水管网系统，必须采用现代化的管理手段，对其进行高效地管理，使管理由经验型管理向科学型管理转变，大力节约水资源，改善面向社会的服务水平；我们已经深刻地认识到，加强城市自来水系统综合自动化建设，是达到这一目标的重要措施；这里所说的“城市自来水系统综合自动化解决方案”，通常包括以下四个方面内容：（1）企业生产过程的SCADA系统；（2）企业现代化管理MIS/DSS；（3）城市供配水管网系统数学模型建立、系统仿真与优化设计；（4）网络自动抄表（AMR）收费等系统等四大部分。

利用计算机及信息技术，以上述四大内容为基础，对城市供水行业进行企业现代化改造，是保证企业实现信息化，并与国际接轨的重要举措；“城市供配水系统综合自动化解决方案”的主体结构如图1所示：

“城市优化供配水系统”的全称应该是：“城市供配水管网系统数学模型、仿真与优化设计”，它以城市供配水管网地理信息系统（GIS）为背景进行开发，其主要任务有：

1.对现行城市供配水管网各功能子系统进行调查研究，并进行系统需求分析；

2.建立“城市优化供配水系统”的建设目标，进一步对新系统（即“城市优化供配水系统”）的功能进行再分析；

3.以地理信息系统（GIS）为工具，建立城市供配水管网系统数学模型，并针对该供配水管网系统数学模型，并针对该供配水管网系统数学模型，进行系统仿真与优化设计；

4.建立新系统的日常运行机制，颁布新系统的管理与维护法规；

5.向市场提供“城市优化供配水系统”全套商业软件，并开展优质服务活动。

在人类进入21世纪之际，最需要解决的问题就是水资源短缺问题；解决这一问题的方法就是“开源节流”；“城市供配水优化系统”的研究与开发，是从根本上解决城市用水的“节流”问题；城市自来水公司在向城市工业和居民供配水的过程中，一旦建立了“城市供配水优化系统”后，就从供配水的源头控制了水的流失和浪费问题，保证了城市最大限度的“节约用水”；因此，我们说“城市供配水优化系统”研究与开发，其市场前景是极其广阔的，它所带来的经济与社会效益也是巨大的

2.“城市优化供配水系统”的功能描述

“城市优化供配水系统”的开发，是以城市供配水系统管网GIS为背景，建立起来的一个软件系统，它具有以下功能：城市供配水系统管网GIS功能，高度现代化的生产调度指挥系统功能、完全信息化的在线优化供配水系统功能、应急事故处理的社会服务功能等；下面我们一一予以介绍。

2.1城市供配水系统管网GIS功能

城市供配水系统管网GIS功能，是“城市优化供配水系统”的核心功能，具有以下六大功能子系统，它们分别是基础平台的图库管理子系统、管网编辑子系统、管网管理子系统、管网运行调度子系统、事故处理子系统、管网维护管理子系统等；通常每个子系统均可由数个模块组成，下面将分别叙述各个子系统的功能和其模块的功能。

1.地形图库管理子系统

本子系统除提供了分别对点、线、区三种图元的空间数据和图形属性进行输入和编辑的功能，以从图形表格输出的功能之外，最主要的是实现地形图建库、对图库灵活的管理和方便的数据转换。

2.管网输入编辑子系统管网输入编辑子系统提供丰富有力的网络输入手段，构造网络拓扑关系，建立与管网元素相关的属性数据和提供供水管网的图形属性编辑工具。

3.管网管理子系统

管网管理子系统用于对管网信息进行全面的了解和详细的分析。提供属性与管线的双向查询工具查询检索各种需要的数据和信息。

4.管网运行调度子系统

管网运行调度子系统实际上就是“供配水优化系统”的具体实施，它是在GIS系统的基础上建立起来的，该子系统同时需要查表收费系统和SCADA系统的数据支持；

5.事故处理子系统

事故处理子系统包括爆管事故处理和火灾事故处理两个模块，爆管事故是指管网中突发的爆管等漏水事故。用户只需指定漏水处，系统将能够制定出合理的处理方案，以便及时排除故障。当需检修某个或某些阀门时，则需利用扩大关闸搜索寻找需关哪些阀门，以便进行抢修；火灾事故处理，是指在城市中突发火灾时，用户只需指定失火处，并给定搜索条件，系统将能够根据搜索条件找出可用的消防栓，提供给消防部门。

6.管网维护管理子系统

该子系统主要是对管道完工档案、闸门和管网运行状态进行管理日常业务管理。

2.2高度现代化的生产调度指挥系统功能

任何一个城市自来水企业，为了满足对生产过程的调度指挥，均需设置一个“中央生产调度指挥中心”，以及指挥生产的“生产过程实时监控系统（SCADA）”；该SCADA系统通常由企业生产调度指挥中心、分厂测控站（MCS；Measure＆Control System）、管网RTU、有线/无线通信系统等构成；因此，SCADA就构成了“城市供配水综合自动化系统（Synthetic Automatic System，SAS）”的核心系统。
“城市供配水综合自动化系统”之中的SCADA功能，可以概要的描述如下：

1.数据采集功能：根据公司生产调度中心调度生产指挥的需求，要求系统对自来水管网及各水厂能够数据采集以下信息：合理分布在自来水管网上的测压信号（管网压力），各水厂泵的运行参数、电源供电情况、耗电量、当前功率因素、水厂进/出水量、原水浊度、出厂水浊度、余氯、PH值等。

2.数据传输功能：将现场采集到的数据，或直接或通过各生产调度分系统，实时地传递到生产调度中心主系统。