肖悅

摘 要：給水系統(tǒng)是城市重要的配套設(shè)施，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建筑類型及數(shù)量持續(xù)增加，城市給水系統(tǒng)的供水水壓等參數(shù)要求逐步提升，為實(shí)現(xiàn)高效安全的供水，需要按照給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，進(jìn)而完善管理標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)從調(diào)度到智能控制的轉(zhuǎn)變，為城市給水系統(tǒng)的發(fā)展提供理論參考。

關(guān)鍵詞：給水系統(tǒng);優(yōu)化調(diào)度;管理標(biāo)準(zhǔn)化

隨著我國社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)力的提升，城市建筑數(shù)量逐漸增加，城市人口數(shù)量逐漸增長，因此造成當(dāng)前城市建筑給水系統(tǒng)難以滿足用戶需求。供水系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)營所需要的費(fèi)用較高，且傳統(tǒng)的調(diào)度管理措施復(fù)雜，浪費(fèi)程度大，不能滿足現(xiàn)代化建筑對于供水系統(tǒng)功能的需求。介于以上兩種原因，為實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)發(fā)展，需減小給水系統(tǒng)中的管網(wǎng)漏失量，減少給水系統(tǒng)供水功能運(yùn)行過程中的能耗，在提升水質(zhì)要求的基礎(chǔ)上，最大限度的進(jìn)行給水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。按照給水設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，提出了給水系統(tǒng)管理發(fā)展方向及標(biāo)準(zhǔn)化的管理內(nèi)容。

一、城市給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展

給水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方案主要分為兩個(gè)方向，其一是指離線調(diào)度階段。此階段的主要工作任務(wù)是按照規(guī)定化的調(diào)度周期，按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)及區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，確定優(yōu)化調(diào)度方案。由于在實(shí)際調(diào)度信息的檢測與提煉的過程中，需要將實(shí)際檢測信息轉(zhuǎn)化成為計(jì)算機(jī)目標(biāo)信息，因此結(jié)合信息技術(shù)，是確保此階段優(yōu)化調(diào)度方案實(shí)施的關(guān)鍵措施。為此必須結(jié)合給水系統(tǒng)中供水壓力的參數(shù)數(shù)值變化，將數(shù)據(jù)進(jìn)行高效統(tǒng)計(jì)，建立給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型，并在各種優(yōu)化調(diào)度設(shè)計(jì)方案的實(shí)施過程中，求解出未來一個(gè)供水周期內(nèi)的調(diào)度設(shè)施及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以保證在一定的服務(wù)質(zhì)量的條件下，能夠滿足供水壓力、出水水質(zhì)指標(biāo)及供水費(fèi)用最低的需求。

其二，在線調(diào)度優(yōu)化階段。在優(yōu)化調(diào)度的階段，以第一階段為調(diào)度設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用基礎(chǔ)，從某個(gè)給水系統(tǒng)運(yùn)行的某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)及周期中確定所需要的調(diào)度設(shè)計(jì)方案，并構(gòu)建基于時(shí)間區(qū)間為主的調(diào)度優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

二、常見的供水系統(tǒng)模型

城市給水系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)是優(yōu)化調(diào)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中供水管網(wǎng)主要由泵站、管道、閥門等水利結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，其可以結(jié)合復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)依據(jù)城市發(fā)展規(guī)模和需求為主的城市管網(wǎng)的不斷更新與改造，這就造成城市給水系統(tǒng)中管網(wǎng)設(shè)計(jì)及安裝的復(fù)雜程度逐步加大。因此，要結(jié)合城市發(fā)展的實(shí)際情況，摸清城市給水需求，建立與實(shí)際調(diào)查的城市給水系統(tǒng)的特征結(jié)構(gòu)相吻合的工程應(yīng)用模型，并構(gòu)建城市給水系統(tǒng)優(yōu)化的基本理論。針對這一現(xiàn)狀，國內(nèi)外研究學(xué)者針對給水系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建模結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了大量的實(shí)證研究，并結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析模型，構(gòu)建了基于微觀模型、宏觀模型和簡化式模型結(jié)構(gòu)，為加強(qiáng)生產(chǎn)工藝領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范，給給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的設(shè)計(jì)需求提供一定技術(shù)要求，并在實(shí)際的優(yōu)化調(diào)度的過程中，應(yīng)建立基于可反映工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的給水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

三、城市給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度

城市給水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度主要包含以下三個(gè)部分：

其一，用水量的預(yù)測。優(yōu)化調(diào)度策略主要依據(jù)用水量預(yù)測結(jié)果，因此需要保證給水系統(tǒng)中用水量預(yù)測的準(zhǔn)確性。

其二，管網(wǎng)分析模擬模型。主要可分為微觀和宏觀兩個(gè)方面，管網(wǎng)系統(tǒng)是供水系統(tǒng)的關(guān)鍵，需要根據(jù)模擬數(shù)據(jù)提供客觀精確的分析模擬模型。

其三，調(diào)度決策化模型建立。以直接優(yōu)化和兩級(jí)尋優(yōu)為主，構(gòu)建運(yùn)行決策的變量統(tǒng)計(jì)，能直接呈現(xiàn)給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果。

（一）城市用水量的預(yù)測

用水量的預(yù)測是優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)和前提，當(dāng)前給水系統(tǒng)大多安裝了在線監(jiān)測裝置，可以獲得不同管網(wǎng)區(qū)域的供水狀態(tài)。依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的信息和結(jié)果，為下一階段的供水需求提供優(yōu)化調(diào)度設(shè)計(jì)依據(jù)，并根據(jù)建立數(shù)學(xué)模型的方式，預(yù)測下一階段的供水需求。其中常用的數(shù)學(xué)模型有灰色預(yù)測法、回歸分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。例如我國深圳結(jié)合多變量的灰色模型，IMGM（1，n），實(shí)現(xiàn)了基于普通灰色模型系統(tǒng)的升級(jí)和改造，也有的地區(qū)采用了RBF模型。

（二）給水管網(wǎng)模型

1、微觀水力模型

利用水力學(xué)中基礎(chǔ)知識(shí)，建立連續(xù)性能量變化方程，列出管網(wǎng)系統(tǒng)中的水頭損失公式，搜集相關(guān)監(jiān)測管網(wǎng)給水系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)，建立適應(yīng)性系統(tǒng)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)的水量變化模型。為了能夠有效的獲取給水系統(tǒng)管網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的供水水量的變化情況，應(yīng)進(jìn)行規(guī)范化的管理及供水優(yōu)化調(diào)度。

2、宏觀水力模型

由于管網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)水力關(guān)系復(fù)雜，且可利用統(tǒng)計(jì)分析法、黑箱理論等進(jìn)行給水管網(wǎng)中的統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)學(xué)模型的建立等?，F(xiàn)階段，越來越多的學(xué)者更加關(guān)注于管網(wǎng)宏觀水力狀態(tài)下模型的建立，并根據(jù)國內(nèi)外城市供水需求的發(fā)展及變化，提出了適應(yīng)于國內(nèi)供水現(xiàn)狀的模型。如大規(guī)模的供水系統(tǒng)宏觀仿真模型，分時(shí)段的管網(wǎng)給水系統(tǒng)模型等。

四、城市給水系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)化研究

（一）構(gòu)建完善的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系

在城市水廠的建設(shè)和規(guī)劃中，要首先保證水處理工藝、流程及設(shè)備的選取符合國家規(guī)范對城市給水系統(tǒng)要求。在此基礎(chǔ)上，還需構(gòu)建實(shí)時(shí)的循環(huán)檢測系統(tǒng)、及水質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)體系，可成立城市給水系統(tǒng)水質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督組，并對每天的循環(huán)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和上報(bào)。同時(shí)，應(yīng)構(gòu)建基于安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)的地方標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，成立技術(shù)監(jiān)督管理小組，發(fā)布城市給水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的管理體系。

（二）建立標(biāo)準(zhǔn)化城市給水系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息管理體系

我國地域面積廣闊，給水廠建設(shè)多，且廠址位于不同的居民區(qū)和工業(yè)區(qū)中;;當(dāng)前城市中由于人口多、建筑多，因此在給水系統(tǒng)的管理過程中，運(yùn)營管理部門存在管理層次多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的難題。因此各個(gè)區(qū)域城市給水系統(tǒng)管理部門，在城市給水系統(tǒng)信息化建設(shè)的過程中，應(yīng)建立標(biāo)準(zhǔn)化的信息管理體系，具體的措施如下：

第一，應(yīng)建立從基層到中央的給水信息管理體制;

第二，根據(jù)城市給水系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，研發(fā)相應(yīng)的信息管理系統(tǒng)軟件，對國內(nèi)城市的信息管理系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的數(shù)據(jù)搜集，并進(jìn)行調(diào)查分析，對比篩選出有效的數(shù)據(jù)信息，并建立標(biāo)準(zhǔn)化的給水系統(tǒng)信息管理數(shù)據(jù)庫。

第三，挑選國內(nèi)給水系統(tǒng)調(diào)度管理效果較好的部分城市，進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，總結(jié)調(diào)度優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合信息化技術(shù)，總結(jié)和提煉標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的相關(guān)信息，提升相關(guān)管理水平。

五、結(jié)語

綜上所述，城市給水系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化的過程實(shí)際是按照用水需求，提煉供水系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù)，并依據(jù)給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，提供對應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算模型，依靠信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，構(gòu)建最優(yōu)化給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的標(biāo)準(zhǔn)化制度管理體系，建立信息化技術(shù)為主的城市給水系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)，盡可能滿足個(gè)人、各單位及工業(yè)區(qū)多種用戶的用水需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹兆龍， 信昆侖， 項(xiàng)寧銀，等. 城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度現(xiàn)狀與展望研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理， 2014， 39（1）：51-55.

[2]王俊嶺. 城市給水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型及算法研究[J]. 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)， 2003， 19（3）：20-23.

[3]李雄， 彭震偉， 戴慎志，等. 基于公平理念鄉(xiāng)村給水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建構(gòu)與規(guī)劃策略——以浙江省衢州市七里鄉(xiāng)上村給水工程為例[C]// 規(guī)劃60年：成就與挑戰(zhàn)——2016中國城市規(guī)劃年會(huì)論文集（02城市工程規(guī)劃）. 2016.