浅析城市给水网系统的优化

谭伟明

摘要:本文利用优化建模及系统仿真方法,并结合城市管网GIS,对城市自来水管网给水系统进行了优化建模和优化给水,以期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必要的工具。

关键词:城市信息化 管网供配水系统 优化 建模

中图分类号:TU991文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0060-01

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给水问题,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一项艰巨任务。解决这一问题的方法就是“开源节流”;“城市给水优化系统”的研究与开发,是从根本上解决城市用水的“节流”问题的有效办法;城市自来水公司在向城市工业和居民给水的过程中,一旦建立了“城市给水优化系统”后,就从给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“城市给水优化系统”的研究与开发,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。

1“城市优化供配水系统”的功能描述

“城市优化给水系统”的开发,是以城市给水系统管网GIS为背景,建立起来的一个软件系统,它具有以下功能:城市给水系统管网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。

1.1城市给水系统管网GIS功能

城市给水系统管网GIS功能是“城市优化给水系统”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。

1.1.1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。

1.1.2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。

1.1.3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。

1.1.4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。

1.1.5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。

1.1.6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。

1.2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、管网RTU、有线/无线通信系统等构成;因此,SCADA就构成了“城市给水综合自动化系统”的核心系统。“城市给水综合自动化系统”之中的SCADA功能。

1.3完全信息化的在线优化给水系统功能

以供水管网GIS为背景建立起来的城市优化给水系统数学模型,在城市自来水公司生产调度中心投入使用的时候,通常都具备有“完全信息化的在线优化给水系统功能”。

1.4应急事故处理的社会服务功能

城市自来水管网系统在实际运行过程中,有可能发生各种各样的事故(诸如爆管、停水、水压不足等),城市居民、单位均可通过预先设置的电话通知自来水公司,以便急时得到维修,这就是应急事故处理的社会服务功能。

2“城市优化给水系统”的开发方法

2.1城市优化给水系统数学模型的建立

城市优化给水系统数学模型的建立,是以管网GIS系统基础数据,计算机网络收费系统数据处理和现场管网测试数据等为依据;根据城市管网分布结构,筛选出管网干道节点,以这些管网干道节点为核心,形成管网水流环路,然后再利用流体力学基本计算公式进行模拟计算,从而获得管网环路各节点上的压力分布和流量分布;根据系统优化目标,进一步对该系统进行优化;“城市优化供配水系统仿真与优化软件包”的运行,使上述这一切成为可能。

2.2城市优化给水系统数学模型的维护

通过对模型周期性的不断更新,以保证模型应用的准确性;对于管网不同程度的变化情况,模型可作如下处理:当局部变化时,应及时调整模型数据;当管网的变化加大到一定程度时,应对模型进行更新;当管网中的变化程度无法在原有基础上更新时,应对模型进行重建。对于模型具体维护工作包括:加入新的需水量/删除旧的需水量,加入新的管线/删除旧的管线,加入新的管网设备/删除旧的管网设备,更新管线模型,更新需水量数据,根据局部现场测试数据对模型做相应改动。

2.3城市优化给水系统的模型数据库的建立

城市优化给水系统的模型数据库的作用,是将GIS系统数据、网络收费系统数据及管网现场测试数据进行存储和转换,为模型的建立提供数据支持。

3结语

“城市优化给水系统”的研究与开发,对国计民生有着极其重要的意义,尤其对我国北方缺水和严重缺水的干旱地区更是如此;世界上发达国家的城市自来水公司,无一例外的都装备有该系统;这也从另一个角度说明了,“城市优化给水系统”确实是建设节水型城市的必备工具。

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