城市给水系统优化调度与管理标准化研究

肖悦

摘 要：给水系统是城市重要的配套设施，随着社会经济发展，建筑类型及数量持续增加，城市给水系统的供水水压等参数要求逐步提升，为实现高效安全的供水，需要按照给水系统设计的基础理论，进行系统的优化调度，进而完善管理标准化内容，实现从调度到智能控制的转变，为城市给水系统的发展提供理论参考。

关键词：给水系统;优化调度;管理标准化

随着我国社会工业生产力的提升，城市建筑数量逐渐增加，城市人口数量逐渐增长，因此造成当前城市建筑给水系统难以满足用户需求。供水系统建设及运营所需要的费用较高，且传统的调度管理措施复杂，浪费程度大，不能满足现代化建筑对于供水系统功能的需求。介于以上两种原因，为实现供水系统发展，需减小给水系统中的管网漏失量，减少给水系统供水功能运行过程中的能耗，在提升水质要求的基础上，最大限度的进行给水系统的优化调度。按照给水设计相关规范，提出了给水系统管理发展方向及标准化的管理内容。

一、城市给水系统优化调度的发展

给水系统的优化调度方案主要分为两个方向，其一是指离线调度阶段。此阶段的主要工作任务是按照规定化的调度周期，按照时间节点及区间的标准化设置，确定优化调度方案。由于在实际调度信息的检测与提炼的过程中，需要将实际检测信息转化成为计算机目标信息，因此结合信息技术，是确保此阶段优化调度方案实施的关键措施。为此必须结合给水系统中供水压力的参数数值变化，将数据进行高效统计，建立给水系统优化调度模型，并在各种优化调度设计方案的实施过程中，求解出未来一个供水周期内的调度设施及设备的运行状态，以保证在一定的服务质量的条件下，能够满足供水压力、出水水质指标及供水费用最低的需求。

其二，在线调度优化阶段。在优化调度的阶段，以第一阶段为调度设计方案的应用基础，从某个给水系统运行的某一时间节点及周期中确定所需要的调度设计方案，并构建基于时间区间为主的调度优化设计方案。

二、常见的供水系统模型

城市给水系统管网设计是优化调度的关键环节，其中供水管网主要由泵站、管道、阀门等水利结构所构成，其可以结合复杂的网络系统，实现依据城市发展规模和需求为主的城市管网的不断更新与改造，这就造成城市给水系统中管网设计及安装的复杂程度逐步加大。因此，要结合城市发展的实际情况，摸清城市给水需求，建立与实际调查的城市给水系统的特征结构相吻合的工程应用模型，并构建城市给水系统优化的基本理论。针对这一现状，国内外研究学者针对给水系统的网络建模结构，进行了大量的实证研究，并结构网络结构分析模型，构建了基于微观模型、宏观模型和简化式模型结构，为加强生产工艺领域的技术规范，给给水系统优化调度的设计需求提供一定技术要求，并在实际的优化调度的过程中，应建立基于可反映工程经济技术发展的给水系统数学模型。

三、城市给水系统优化调度

城市给水系统的优化调度主要包含以下三个部分：

其一，用水量的预测。优化调度策略主要依据用水量预测结果，因此需要保证给水系统中用水量预测的准确性。

其二，管网分析模拟模型。主要可分为微观和宏观两个方面，管网系统是供水系统的关键，需要根据模拟数据提供客观精确的分析模拟模型。

其三，调度决策化模型建立。以直接优化和两级寻优为主，构建运行决策的变量统计，能直接呈现给水系统优化调度的结果。

（一）城市用水量的预测

用水量的预测是优化调度的基础和前提，当前给水系统大多安装了在线监测装置，可以获得不同管網区域的供水状态。依据实时监测的信息和结果，为下一阶段的供水需求提供优化调度设计依据，并根据建立数学模型的方式，预测下一阶段的供水需求。其中常用的数学模型有灰色预测法、回归分析法和人工神经网络法等。例如我国深圳结合多变量的灰色模型，IMGM（1，n），实现了基于普通灰色模型系统的升级和改造，也有的地区采用了RBF模型。

（二）给水管网模型

1、微观水力模型

利用水力学中基础知识，建立连续性能量变化方程，列出管网系统中的水头损失公式，搜集相关监测管网给水系统中的信息数据，建立适应性系统拓扑和节点的水量变化模型。为了能够有效的获取给水系统管网中各个节点的供水水量的变化情况，应进行规范化的管理及供水优化调度。

2、宏观水力模型

由于管网内部结构水力关系复杂，且可利用统计分析法、黑箱理论等进行给水管网中的统计分析和数学模型的建立等。现阶段，越来越多的学者更加关注于管网宏观水力状态下模型的建立，并根据国内外城市供水需求的发展及变化，提出了适应于国内供水现状的模型。如大规模的供水系统宏观仿真模型，分时段的管网给水系统模型等。

四、城市给水系统管理标准化研究

（一）构建完善的标准化管理体系

在城市水厂的建设和规划中，要首先保证水处理工艺、流程及设备的选取符合国家规范对城市给水系统要求。在此基础上，还需构建实时的循环检测系统、及水质质量指标体系，可成立城市给水系统水质检测标准监督组，并对每天的循环检测数据进行统计和上报。同时，应构建基于安全饮用水标准的地方标准及规范，成立技术监督管理小组，发布城市给水系统标准化的管理体系。

（二）建立标准化城市给水系统技术经济信息管理体系

我国地域面积广阔，给水厂建设多，且厂址位于不同的居民区和工业区中;;当前城市中由于人口多、建筑多，因此在给水系统的管理过程中，运营管理部门存在管理层次多，结构复杂的难题。因此各个区域城市给水系统管理部门，在城市给水系统信息化建设的过程中，应建立标准化的信息管理体系，具体的措施如下：

第一，应建立从基层到中央的给水信息管理体制;

第二，根据城市给水系统的发展现状，研发相应的信息管理系统软件，对国内城市的信息管理系统进行广泛的数据搜集，并进行调查分析，对比筛选出有效的数据信息，并建立标准化的给水系统信息管理数据库。

第三，挑选国内给水系统调度管理效果较好的部分城市，进行实地调研，总结调度优化的经验，结合信息化技术，总结和提炼标准化建设的相关信息，提升相关管理水平。

五、结语

综上所述，城市给水系统调度优化的过程实际是按照用水需求，提炼供水系统监测数据参数，并依据给水系统设计规范，提供对应的参数数据计算模型，依靠信息化技术，实现计算模型数据的统计与分析，构建最优化给水系统设计方案。同时，应根据给水系统优化调度的标准化制度管理体系，建立信息化技术为主的城市给水系统管理标准，尽可能满足个人、各单位及工业区多种用户的用水需求。

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