水利工程論文-論“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”研究與開(kāi)發(fā)—建設(shè)節(jié)水型城市的必備工具.doc

水利工程論文-論“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”研究與開(kāi)發(fā)建設(shè)節(jié)水型城市的必備工具摘要在人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入二十一世紀(jì)之際，如何運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)方法和現(xiàn)代化的管理手段，來(lái)解決城市自來(lái)水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化供配水問(wèn)題，是擺在每一個(gè)城市自來(lái)水公司，尤其是缺水地區(qū)的自來(lái)水公司面前的艱巨任務(wù)；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(duì)城市自來(lái)水管網(wǎng)供配水系統(tǒng)，進(jìn)行了優(yōu)化建模和優(yōu)化配水，企圖從根本上解決城市節(jié)約用水的問(wèn)題，并為建設(shè)節(jié)水型城市準(zhǔn)備了必要的工具。關(guān)鍵詞城市信息化管網(wǎng)供配水系統(tǒng)優(yōu)化建模1、概述隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在世界范圍內(nèi)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并取得了飛速的發(fā)展；在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展的今天，以電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和大力倡導(dǎo)工業(yè)自動(dòng)化，已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；面對(duì)城市建設(shè)的快速發(fā)展，供水行業(yè)已充分認(rèn)識(shí)到：對(duì)城市供配水管網(wǎng)系統(tǒng)，必須采用現(xiàn)代化的管理手段，對(duì)其進(jìn)行高效地管理，使管理由經(jīng)驗(yàn)型管理向科學(xué)型管理轉(zhuǎn)變，大力節(jié)約水資源，改善面向社會(huì)的服務(wù)水平；我們已經(jīng)深刻地認(rèn)識(shí)到，加強(qiáng)城市自來(lái)水系統(tǒng)綜合自動(dòng)化建設(shè)，是達(dá)到這一目標(biāo)的重要措施；這里所說(shuō)的“城市自來(lái)水系統(tǒng)綜合自動(dòng)化解決方案”，通常包括以下四個(gè)方面內(nèi)容：（1）企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的SCADA系統(tǒng)；（2）企業(yè)現(xiàn)代化管理MIS/DSS；（3）城市供配水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立、系統(tǒng)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)；（4）網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)抄表（AMR）收費(fèi)等系統(tǒng)等四大部分。利用計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)，以上述四大內(nèi)容為基礎(chǔ)，對(duì)城市供水行業(yè)進(jìn)行企業(yè)現(xiàn)代化改造，是保證企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化，并與國(guó)際接軌的重要舉措；“城市供配水系統(tǒng)綜合自動(dòng)化解決方案”的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示：“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”的全稱(chēng)應(yīng)該是：“城市供配水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)”，它以城市供配水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）為背景進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其主要任務(wù)有：1.對(duì)現(xiàn)行城市供配水管網(wǎng)各功能子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查研究，并進(jìn)行系統(tǒng)需求分析；2.建立“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”的建設(shè)目標(biāo)，進(jìn)一步對(duì)新系統(tǒng)（即“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”）的功能進(jìn)行再分析；3.以地理信息系統(tǒng)（GIS）為工具，建立城市供配水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)該供配水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)該供配水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行系統(tǒng)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)；4.建立新系統(tǒng)的日常運(yùn)行機(jī)制，頒布新系統(tǒng)的管理與維護(hù)法規(guī)；5.向市場(chǎng)提供“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”全套商業(yè)軟件，并開(kāi)展優(yōu)質(zhì)服務(wù)活動(dòng)。在人類(lèi)進(jìn)入21世紀(jì)之際，最需要解決的問(wèn)題就是水資源短缺問(wèn)題；解決這一問(wèn)題的方法就是“開(kāi)源節(jié)流”；“城市供配水優(yōu)化系統(tǒng)”的研究與開(kāi)發(fā)，是從根本上解決城市用水的“節(jié)流”問(wèn)題；城市自來(lái)水公司在向城市工業(yè)和居民供配水的過(guò)程中，一旦建立了“城市供配水優(yōu)化系統(tǒng)”后，就從供配水的源頭控制了水的流失和浪費(fèi)問(wèn)題，保證了城市最大限度的“節(jié)約用水”；因此，我們說(shuō)“城市供配水優(yōu)化系統(tǒng)”研究與開(kāi)發(fā)，其市場(chǎng)前景是極其廣闊的，它所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益也是巨大的2.“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”的功能描述“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”的開(kāi)發(fā)，是以城市供配水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS為背景，建立起來(lái)的一個(gè)軟件系統(tǒng)，它具有以下功能：城市供配水系統(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(huì)服務(wù)功能等；下面我們一一予以介紹。2.1城市供配水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS功能城市供配水系統(tǒng)管網(wǎng)GIS功能，是“城市優(yōu)化供配水系統(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(tái)的圖庫(kù)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(yùn)行調(diào)度子系統(tǒng)、事故處理子系統(tǒng)、管網(wǎng)維護(hù)管理子系統(tǒng)等；通常每個(gè)子系統(tǒng)均可由數(shù)個(gè)模塊組成，下面將分別敘述各個(gè)子系統(tǒng)的功能和其模塊的功能。1.地形圖庫(kù)管理子系統(tǒng)本子系統(tǒng)除提供了分別對(duì)點(diǎn)、線、區(qū)三種圖元的空間數(shù)據(jù)和圖形屬性進(jìn)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(shí)現(xiàn)地形圖建庫(kù)、對(duì)圖庫(kù)靈活的管理和方便的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。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?fù)潢P(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。3.管網(wǎng)管理子系統(tǒng)管網(wǎng)管理子系統(tǒng)用于對(duì)管網(wǎng)信息進(jìn)行全面的了解和詳細(xì)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。4.管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度子系統(tǒng)管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度子系統(tǒng)實(shí)際上就是“供配水優(yōu)化系統(tǒng)”的具體實(shí)施，它是在GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，該子系統(tǒng)同時(shí)需要查表收費(fèi)系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持；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(gè)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(shí)排除故障。當(dāng)需檢修某個(gè)或某些閥門(mén)時(shí)，則需利用擴(kuò)大關(guān)閘搜索尋找需關(guān)哪些閥門(mén)，以便進(jìn)行搶修；火災(zāi)事故處理，是指在城市中突發(fā)火災(zāi)時(shí)，用戶只需指定失火處，并給定搜索條件，系統(tǒng)將能夠根據(jù)搜索條件找出可用的消防栓，提供給消防部門(mén)。6.管網(wǎng)維護(hù)管理子系統(tǒng)該子系統(tǒng)主要是對(duì)管道完工檔案、閘門(mén)和管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理日常業(yè)務(wù)管理。2.2高度現(xiàn)代化的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)功能任何一個(gè)城市自來(lái)水企業(yè)，為了滿足對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度指揮，均需設(shè)置一個(gè)“中央生產(chǎn)調(diào)度指揮中心”，以及指揮生產(chǎn)的“生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)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(cè)控站（MCS；MeasureControlSystem）、管網(wǎng)RTU、有線/無(wú)線通信系統(tǒng)等構(gòu)成；因此，SCADA就構(gòu)成了“城市供配水綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（SyntheticAutomaticSystem，SAS）”的核心系統(tǒng)?！俺鞘泄┡渌C合自動(dòng)化系統(tǒng)”之中的SCADA功能，可以概要的描述如下：1.數(shù)據(jù)采集功能：根據(jù)公司生產(chǎn)調(diào)度中心調(diào)度生產(chǎn)指揮的需求，要求系統(tǒng)對(duì)自來(lái)水管網(wǎng)及各水廠能夠數(shù)據(jù)采集以下信息：合理分布在自來(lái)水管網(wǎng)上的測(cè)壓信號(hào)（管網(wǎng)壓力），各水廠泵的運(yùn)行參數(shù)、電源供電情況、耗電量、當(dāng)前功率因素、水廠進(jìn)/出水量、原水濁度、出廠水濁度、余氯、PH值等。2.數(shù)據(jù)傳輸功能：將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)，或直接或通過(guò)各生產(chǎn)調(diào)度分系統(tǒng)，實(shí)時(shí)地傳遞到生產(chǎn)調(diào)度中心主系統(tǒng)。3.數(shù)據(jù)顯示及分析功能：生產(chǎn)調(diào)度中心主系統(tǒng)將獲得的各類(lèi)信息及數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析、加工直觀地、動(dòng)畫(huà)地顯示出來(lái)；供生產(chǎn)調(diào)度指揮人員使用。4.報(bào)警功能：系統(tǒng)可對(duì)各水廠機(jī)泵運(yùn)行異常，如電壓、電流的不足或過(guò)載等，管網(wǎng)壓力不足或超限進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。5.歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、查詢及分析功能：根據(jù)公司生產(chǎn)調(diào)度中心調(diào)度生產(chǎn)指揮，和檢索、查詢及分析歷史數(shù)據(jù)的需求，系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、查詢及分析功能。6、報(bào)表顯示及打印功能：系統(tǒng)可自動(dòng)生成各種生產(chǎn)情況的日月年報(bào)表，并可隨時(shí)打印。7.遙控功能：根據(jù)公司生產(chǎn)調(diào)度中心調(diào)度生產(chǎn)指揮的需求，系統(tǒng)操作人員可在生產(chǎn)調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)水泵實(shí)現(xiàn)開(kāi)停遙控。8.網(wǎng)絡(luò)功能：將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，供其他系統(tǒng)使用。2.3完全信息化的在線優(yōu)化供配水系統(tǒng)功能以供水管網(wǎng)GIS為背景建立起來(lái)的城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，在城市自來(lái)水公司生產(chǎn)調(diào)度中心投入使用的時(shí)候，通常都具備有“完全信息化的在線優(yōu)化供配水系統(tǒng)功能”。2.4應(yīng)急事故處理的社會(huì)服務(wù)功能城市自來(lái)水管網(wǎng)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(guò)預(yù)先設(shè)置的電話通知自來(lái)水公司，以便急時(shí)得到維修，這就是應(yīng)急事故處理的社會(huì)服務(wù)功能。3、“