城市供水系统优化调度探究

2020-07-12

探索科学(学术版) 2020年4期

上海城投水务(集团)有限公司上海 200002

1 引言

水是支持人们生活必不可少的物品，是生命之源。因为城镇化水平的加快，各个城市的居民数量逐渐增加，产生更大的用水需求，而且对于用水质量比较关注。但是我国水源分布不平衡，要想保证供水平衡，就需要城市供水系统的支持。但同时，经济的发展带来较严重的环境污染，包括水污染比较严重，再加上水利用率较低，节约用水意识不足，使得城市供水系统面临的压力更大。特别是新时期城市供水系统的规模进一步扩大，支持的用户进一步增加，也增加了系统运行的复杂性，需要采取科学的优化调度措施，实现智能化和自动化供水，满足尽量多用户的用水需求。

2 城市供水系统优化调度的概念

城市供水系统优化调度是结合设备监测系统得到的供水信息以及水分需求信息，建立预测模型，借助大数据技术等的专业计算，对未来时间段内的需水量进行科学预测，然后联合对城市供水管网的分析以及优化调度决策模型的应用，考虑供水的经济、安全等因素，制定出科学的调度方案，优化进行供水。进行城市供水系统优化调度需要建立在水压稳定、水质达标、可以正常供水的基础上。这项工作是保证城市内部各个单位、居民用水需求得到满足的关键举措。尤其是城市用水存在比较明显的季节性、时时性差异，比如夏季用水需求增加，冬季用水较少等。借助城市供水系统优化调度可以实现各个区域和居民之间的平衡供水。

3 城市供水系统优化调度的现状

3.1 调度模式比较落后当前部分城市应用的供水系统优化调度模式采取的是传统人工调度模式，按照技术人员的历史工作经验进行调度，自动化水平不足，工作效率较低，而且盲目性较强，对于用水量、供水量、水泵数量都无法准确计算。尤其是如果出现突发情况，难以准确估量出城市的用水量，因此可能导致断水，给居民生产生活带来较大的不便；而且也可能出现预测偏差较大，导致部分供水多余，造成浪费的问题。在当前生态文明建设要求下，传统的调度模式已不能满足城市用水需求，需要进行创新。

3.2 用水量预测不够精准实现城市供水系统优化调度，前提是对城市用水量进行准确的预测和调查。但目前来说，城市供水系统只能使用普通的时间序列法对城市用水量进行预测，误差较大，尤其是天气、环境、温度与施工等对于城市用水量的影响很突出，这会导致相关部门给出的用水量估算结果相比实际情况有很大误差，参考价值降低，导致城市供水系统优化调度出现问题。

3.3 缺乏自动化调度经验西方很多国家在城市供水系统中加入计算机进行优化调度，整体的自动化水平很高，对于用水量的预测比较准确，并且衍生出较多的软件专门用于优化调度。但就我国来说，因为计算机发展速度落后于西方发达国家，虽然很多城市已经开始利用计算机技术进行城市供水系统的优化调度，但因为这方面的经验不足，起步较晚、成本较高以及节约用水意识薄弱，导致系统运行不良，无法产生准确的优化调度结果。

3.4 系统和设备不匹配随着技术的进步，先进设备越来越多，类型更加多样，对于供水设备也是如此。比如说水泵，出现变频变速水泵，相比过去的设备有更高的供水效率。但是城市供水系统并没有随之进行革新，使得系统与设备之间不匹配，影响到优化调度工作。

4 城市供水系统优化调度的有效措施

4.1 建立完善的城市供水模型随着城镇化进程的加快，城市内部的供水情况更加复杂，需要更准确地模型进行用水量的预测。所以进行优化调度需要先建立完善的城市供水模型。一是在当前城市供水系统管道的基础上建立宏微观模型，宏观模型可以应对比例负荷供水问题，尤其是对于居民用水和工业生产用水交错的地区；微观模型可以分析城市供水系统的供水能力，校正系统运行时出现的变动和错误，这适用于水量需求多、情况比较复杂的城市。二是建立供水管网调度模型，考虑水力、水量、供水时段、水泵负荷量、地理因素等的相关变量，同时根据不同地区与不同时间段，建立出多个子模型用于分析。每个子模型都是利用动态规划策略进行计算，保证最终的模型可以应对各类用水复杂情况。三是对城市供水系统进行可行性预测分析，这是最困难的环节，因为对于城市供水系统可行性并没有明确标准。但通过多年研究，可以将之进行优化，从给水系统的水力和可靠性方面进行分析。

4.2 建立智能化供水模式新时期，相关单位需要积极借助计算机技术的应用，利用计算机设备辅助城市供水系统。需要积极学习城市供水系统中有效应用计算机辅助进行优化调度的案例，学习他们的先进经验，然后立足于我国不同城市的特点，考虑不同地域的情况，建设适用于当前需求的城市供水系统，进行供水的优化调度。相关部门还需要建立相匹配的调度制度，发挥出计算机技术的优势和作用。另外还要考虑天气、施工、温度等对于用水需求的影响。

4.3 优化调度算法城市供水系统要想实现有效调度，需要建立模型，利用先进的算法通过模型进行计算，得出最佳的调度策略。而这就需要优化调度算法，节约计算时间，精确计算结果，可以提高供水系统的工作效率，实现优化调度的目的。比如某些城市供水系统中的非线性供水网络，最适用的算法是双层自适应遗传算法，其可以优化供水网络结构，通过自适应遗传算法可以循环搜索的特性，快速找到供水网络的较优的拓扑结构，进而实现优化供水调度的目标，提高供水效率。