城市給水系統優化調度與管理標準化研究

肖悅

摘 要：給水系統是城市重要的配套設施，隨著社會經濟發展，建筑類型及數量持續增加，城市給水系統的供水水壓等參數要求逐步提升，為實現高效安全的供水，需要按照給水系統設計的基礎理論，進行系統的優化調度，進而完善管理標準化內容，實現從調度到智能控制的轉變，為城市給水系統的發展提供理論參考。

關鍵詞：給水系統;優化調度;管理標準化

隨著我國社會工業生產力的提升，城市建筑數量逐漸增加，城市人口數量逐漸增長，因此造成當前城市建筑給水系統難以滿足用戶需求。供水系統建設及運營所需要的費用較高，且傳統的調度管理措施復雜，浪費程度大，不能滿足現代化建筑對于供水系統功能的需求。介于以上兩種原因，為實現供水系統發展，需減小給水系統中的管網漏失量，減少給水系統供水功能運行過程中的能耗，在提升水質要求的基礎上，最大限度的進行給水系統的優化調度。按照給水設計相關規范，提出了給水系統管理發展方向及標準化的管理內容。

一、城市給水系統優化調度的發展

給水系統的優化調度方案主要分為兩個方向，其一是指離線調度階段。此階段的主要工作任務是按照規定化的調度周期，按照時間節點及區間的標準化設置，確定優化調度方案。由于在實際調度信息的檢測與提煉的過程中，需要將實際檢測信息轉化成為計算機目標信息，因此結合信息技術，是確保此階段優化調度方案實施的關鍵措施。為此必須結合給水系統中供水壓力的參數數值變化，將數據進行高效統計，建立給水系統優化調度模型，并在各種優化調度設計方案的實施過程中，求解出未來一個供水周期內的調度設施及設備的運行狀態，以保證在一定的服務質量的條件下，能夠滿足供水壓力、出水水質指標及供水費用最低的需求。

其二，在線調度優化階段。在優化調度的階段，以第一階段為調度設計方案的應用基礎，從某個給水系統運行的某一時間節點及周期中確定所需要的調度設計方案，并構建基于時間區間為主的調度優化設計方案。

二、常見的供水系統模型

城市給水系統管網設計是優化調度的關鍵環節，其中供水管網主要由泵站、管道、閥門等水利結構所構成，其可以結合復雜的網絡系統，實現依據城市發展規模和需求為主的城市管網的不斷更新與改造，這就造成城市給水系統中管網設計及安裝的復雜程度逐步加大。因此，要結合城市發展的實際情況，摸清城市給水需求，建立與實際調查的城市給水系統的特征結構相吻合的工程應用模型，并構建城市給水系統優化的基本理論。針對這一現狀，國內外研究學者針對給水系統的網絡建模結構，進行了大量的實證研究，并結構網絡結構分析模型，構建了基于微觀模型、宏觀模型和簡化式模型結構，為加強生產工藝領域的技術規范，給給水系統優化調度的設計需求提供一定技術要求，并在實際的優化調度的過程中，應建立基于可反映工程經濟技術發展的給水系統數學模型。

三、城市給水系統優化調度

城市給水系統的優化調度主要包含以下三個部分：

其一，用水量的預測。優化調度策略主要依據用水量預測結果，因此需要保證給水系統中用水量預測的準確性。

其二，管網分析模擬模型。主要可分為微觀和宏觀兩個方面，管網系統是供水系統的關鍵，需要根據模擬數據提供客觀精確的分析模擬模型。

其三，調度決策化模型建立。以直接優化和兩級尋優為主，構建運行決策的變量統計，能直接呈現給水系統優化調度的結果。

（一）城市用水量的預測

用水量的預測是優化調度的基礎和前提，當前給水系統大多安裝了在線監測裝置，可以獲得不同管網區域的供水狀態。依據實時監測的信息和結果，為下一階段的供水需求提供優化調度設計依據，并根據建立數學模型的方式，預測下一階段的供水需求。其中常用的數學模型有灰色預測法、回歸分析法和人工神經網絡法等。例如我國深圳結合多變量的灰色模型，IMGM（1，n），實現了基于普通灰色模型系統的升級和改造，也有的地區采用了RBF模型。

（二）給水管網模型

1、微觀水力模型

利用水力學中基礎知識，建立連續性能量變化方程，列出管網系統中的水頭損失公式，搜集相關監測管網給水系統中的信息數據，建立適應性系統拓撲和節點的水量變化模型。為了能夠有效的獲取給水系統管網中各個節點的供水水量的變化情況，應進行規范化的管理及供水優化調度。

2、宏觀水力模型

由于管網內部結構水力關系復雜，且可利用統計分析法、黑箱理論等進行給水管網中的統計分析和數學模型的建立等。現階段，越來越多的學者更加關注于管網宏觀水力狀態下模型的建立，并根據國內外城市供水需求的發展及變化，提出了適應于國內供水現狀的模型。如大規模的供水系統宏觀仿真模型，分時段的管網給水系統模型等。

四、城市給水系統管理標準化研究

（一）構建完善的標準化管理體系

在城市水廠的建設和規劃中，要首先保證水處理工藝、流程及設備的選取符合國家規范對城市給水系統要求。在此基礎上，還需構建實時的循環檢測系統、及水質質量指標體系，可成立城市給水系統水質檢測標準監督組，并對每天的循環檢測數據進行統計和上報。同時，應構建基于安全飲用水標準的地方標準及規范，成立技術監督管理小組，發布城市給水系統標準化的管理體系。

（二）建立標準化城市給水系統技術經濟信息管理體系

我國地域面積廣闊，給水廠建設多，且廠址位于不同的居民區和工業區中;;當前城市中由于人口多、建筑多，因此在給水系統的管理過程中，運營管理部門存在管理層次多，結構復雜的難題。因此各個區域城市給水系統管理部門，在城市給水系統信息化建設的過程中，應建立標準化的信息管理體系，具體的措施如下：

第一，應建立從基層到中央的給水信息管理體制;

第二，根據城市給水系統的發展現狀，研發相應的信息管理系統軟件，對國內城市的信息管理系統進行廣泛的數據搜集，并進行調查分析，對比篩選出有效的數據信息，并建立標準化的給水系統信息管理數據庫。

第三，挑選國內給水系統調度管理效果較好的部分城市，進行實地調研，總結調度優化的經驗，結合信息化技術，總結和提煉標準化建設的相關信息，提升相關管理水平。

五、結語

綜上所述，城市給水系統調度優化的過程實際是按照用水需求，提煉供水系統監測數據參數，并依據給水系統設計規范，提供對應的參數數據計算模型，依靠信息化技術，實現計算模型數據的統計與分析，構建最優化給水系統設計方案。同時，應根據給水系統優化調度的標準化制度管理體系，建立信息化技術為主的城市給水系統管理標準，盡可能滿足個人、各單位及工業區多種用戶的用水需求。

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