馬正午

1  城市供配水系統概述

    隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在世界范圍內，計算機已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節，并取得了飛速的發(fā)展。在我國經(jīng)濟建設飛速發(fā)展的今天，以電子信息技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)和大力倡導工業(yè)自動(dòng)化，已成為不可逆轉的趨勢。面對城市建設的快速發(fā)展，供水行業(yè)已充分認識到：對城市供配水管網(wǎng)系統，必須采用現代化的管理手段，對其進(jìn)行高效地管理，使管理由經(jīng)驗型管理向科學(xué)型管理轉變，大力節約水資源，改善面向社會(huì )的服務(wù)水平。人們已經(jīng)深刻地認識到，加強城市自來(lái)水系統綜合自動(dòng)化建設，是達到這一目標的重要措施。這里所說(shuō)的“城市自來(lái)水系統綜合自動(dòng)化解決方案”，通常包括以下四個(gè)方面內容：

    (1)  企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的SCADA系統；

    (2)  企業(yè)現代化管理MIS/DSS；

    (3)  城市供配水管網(wǎng)系統數學(xué)模型建立、系統仿真與優(yōu)化設計；

    (4)  網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)抄表（AMR）收費系統等四大部分。

    利用計算機及信息技術(shù)，以上述四大內容為基礎，對城市供水行業(yè)進(jìn)行企業(yè)現代化改造，是保證企業(yè)實(shí)現信息化，并與國際接軌的重要舉措；“城市供配水系統綜合自動(dòng)化解決方案”的主體結構如圖1所示。本文僅涉及上述城市自來(lái)水系統綜合自動(dòng)化解決方案中的“城市供配水管網(wǎng)系統數學(xué)模型、仿真與優(yōu)化設計”部分，并簡(jiǎn)化定義為 “城市優(yōu)化供配水系統”，其它部分內容另文進(jìn)行分析研究。

    城市優(yōu)化供配水系的統全稱(chēng)應該是“城市供配水管網(wǎng)系統數學(xué)模型、仿真與優(yōu)化設計”，它是以城市供配水管網(wǎng)地理信息系統（GIS）為背景，進(jìn)行開(kāi)發(fā)和建立起來(lái)的一個(gè)優(yōu)化系統，其主要任務(wù)有：

    (1)  對現行城市供配水管網(wǎng)各功能子系統進(jìn)行調查研究，并進(jìn)行系統需求分析；

    (2)  建立城市優(yōu)化供配水系統的建設目標，進(jìn)一步對該系統的功能進(jìn)行再分析；

    (3)  以地理信息系統為工具，建立城市供配水管網(wǎng)系統數學(xué)模型，并針對該供配水管網(wǎng)系統數學(xué)模型，進(jìn)行系統仿真與優(yōu)化設計；

    (4)  建立新系統的日常運行機制，頒布新系統的管理與維護法規。

圖1  城市供配水系統綜合自動(dòng)化解決方案主體結構

2  城市優(yōu)化供配水系統的功能描述

    城市優(yōu)化供配水系統是以城市供配水系統管網(wǎng)GIS為背景，建立起來(lái)的一個(gè)軟件系統。它具有以下功能：城市供配水系統管網(wǎng)GIS功能、高度現代化的生產(chǎn)調度指揮系統功能、完全信息化的在線(xiàn)優(yōu)化供配水系統功能、應急事故處理的社會(huì )服務(wù)功能等。

    (1)  城市供配水系統管網(wǎng)GIS功能

    城市供配水系統管網(wǎng)GIS功能，是“城市優(yōu)化供配水系統”的核心功能，具有以下六大功能子系統，它們分別是基礎平臺的圖庫管理子系統、管網(wǎng)編輯子系統、管網(wǎng)管理子系統、管網(wǎng)運行調度子系統、事故處理子系統、管網(wǎng)維護管理子系統等；通常每個(gè)子系統均可由數個(gè)模塊組成，下面將分別敘述各個(gè)子系統的功能和其模塊的功能。

    ?  地形圖庫管理子系統  本子系統除提供了分別對點(diǎn)、線(xiàn)、區三種圖元的空間數據和圖形屬性進(jìn)行輸入和編輯的功能，以從圖形表格輸出的功能之外，最主要的是實(shí)現地形圖建庫、對圖庫靈活的管理和方便的數據轉換。

    ?  管網(wǎng)輸入編輯子系統  管網(wǎng)輸入編輯子系統提供豐富有力的網(wǎng)絡(luò )輸入手段，構造網(wǎng)絡(luò )拓撲關(guān)系，建立與管網(wǎng)元素相關(guān)的屬性數據庫和提供供水管網(wǎng)的圖形屬性編輯工具。

    ?  管網(wǎng)管理子系統  管網(wǎng)管理子系統用于對管網(wǎng)信息進(jìn)行全面的了解和詳細的分析，提供屬性與管線(xiàn)的雙向查詢(xún)工具查詢(xún)檢索各種需要的數據和信息。

    ?  管網(wǎng)運行調度子系統  管網(wǎng)運行調度子系統實(shí)際上就是“供配水優(yōu)化系統”的具體實(shí)施，它是在GIS系統的基礎上建立起來(lái)的，該子系統同時(shí)需要查表收費系統和SCADA系統的數據支持。

    ?  事故處理子系統  事故處理子系統包括爆管事故處理和火災事故處理兩個(gè)模塊，爆管事故是指管網(wǎng)中突發(fā)的爆管等漏水事故。用戶(hù)只需指定漏水處，系統將能夠制定出合理的處理方案，以便及時(shí)排除故障。當需檢修某個(gè)或某些閥門(mén)時(shí)，則需利用擴大關(guān)閘搜索尋找需關(guān)哪些閥門(mén)，以便進(jìn)行搶修?；馂氖鹿侍幚?，是指在城市中突發(fā)火災時(shí)，用戶(hù)只需指定失火處，并給定搜索條件，系統將能夠根據搜索條件找出可用的消防栓，提供給消防部門(mén)。

    ?  管網(wǎng)維護管理子系統  該子系統主要是對管道完工檔案、閘門(mén)和管網(wǎng)運行狀態(tài)進(jìn)行管理日常業(yè)務(wù)管理。

    城市優(yōu)化供配水系統的以下功能，筆者將另文予以分析研究。

    (2)  高度現代化的生產(chǎn)調度指揮系統功能

    (3)  完全信息化的在線(xiàn)優(yōu)化供配水系統功能

    (4)  應急事故處理的社會(huì )服務(wù)功能

3  城市優(yōu)化供配水系統的目標及設計原則

3.1  城市優(yōu)化供配水系統的總目標

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