給水系統(tǒng)優(yōu)化調度與管網(wǎng)滲漏控制基礎探討

摘 要：給水系統(tǒng)的優(yōu)化調度是一門綜合性的應用技術，它以系統(tǒng)工程理論和最優(yōu)化技術為理論基礎，應用管網(wǎng)宏觀數(shù)學模型和用水量預報技術等各種手段，以計算機為工具，在各種“硬件”、“軟件”的支持下，實現(xiàn)給水系統(tǒng)管理現(xiàn)代化和決策科學化，從而獲得最高的社會效益和經(jīng)濟效益。本文主要分析給水系統(tǒng)優(yōu)化調度數(shù)學模型，內容及管網(wǎng)滲漏控制的探討。

關鍵詞：給水系統(tǒng)優(yōu)化調度；優(yōu)化調度數(shù)學模型；管網(wǎng)滲漏控制

室外給水工程又稱給水工程，是為滿足城鄉(xiāng)居民及工業(yè)生產(chǎn)等用水需要而建造的工程設施。它的任務是自水源取水，并將其凈化到所要求的水質標準后，經(jīng)輸配水系統(tǒng)送往用戶。給水工程包括水源、取水工程、凈水工程、輸配工程4部分。經(jīng)凈水工程處理后，水源由原水變?yōu)橥ǔＫQ的自來水，滿足建筑物的用水要求。室內給水工程的任務是按水量、水壓供應不同類型建筑物的用水。根據(jù)建筑物內用水用途可分為生活給水系統(tǒng)、生產(chǎn)給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)。

一、給水系統(tǒng)優(yōu)化調度分析

（一）給水系統(tǒng)的優(yōu)化調度。目前我國絕大多數(shù)城市給水系統(tǒng)還處在一種經(jīng)驗型的管理狀態(tài)。這種經(jīng)驗型的管理辦法雖然能夠大體上滿足供水需要，但卻缺乏科學性和預見性，難以適應日益發(fā)展變化的客觀要求，所確定的調度方案只是若干方案中的一種，而不是“最優(yōu)”方案。往往造成很多不合理的現(xiàn)象。先進的調度管理應充分利用計算機技術并建成管網(wǎng)圖形與信息的計算機管理系統(tǒng)。給水管網(wǎng)現(xiàn)狀工況分析，對提高給水系統(tǒng)的管理水平至關重要。近年來由于計算機技術和控制遙測技術的迅猛發(fā)展，世界各國都著力于發(fā)展管網(wǎng)現(xiàn)狀工況分析（狀態(tài)分析）的研究，使給水管網(wǎng)的管理水平進入了一個新的階段；管網(wǎng)現(xiàn)狀工況分析也是實現(xiàn)節(jié)能技術的基礎。通過現(xiàn)狀工況分析，可為優(yōu)化運行提供參數(shù)、條件以及實現(xiàn)的目標，是實施優(yōu)化調度與控制的基礎。

城市給水系統(tǒng)的優(yōu)化調度就是在保證安全、可靠、保質、保量地滿足各項供水要求的前提下，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)反饋的系統(tǒng)實際運行狀態(tài)資料，或根據(jù)科學的預測手段，運用數(shù)學上的最優(yōu)化技術，從所有各種可能的調度方案中，確定一種使系統(tǒng)總運行費用最省的最佳調度方案，從而確定系統(tǒng)中各設備的運行工況，以獲取最高的社會效益和經(jīng)濟效益。大城市的管網(wǎng)往往隨著用水量的增長而逐步形成多水源的給水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常在管網(wǎng)中設有水庫和加壓泵站。為此須有調度管理部門，及時了解整個結水系統(tǒng)的生產(chǎn)情況，隨時進行調度，采取有效的強化措施。通過集中調度，各水廠泵站可不必只根據(jù)本廠水壓大小來啟閉水泵，而有可能按照管網(wǎng)控制點的水壓確定各廠工作泵的臺數(shù)。這樣，既能保證管網(wǎng)所需的水壓、水質又可避免因管網(wǎng)水壓過高而浪費能量、增大漏失。通過調度管理，可改善給水系統(tǒng)運行效果，降低供水的耗電量。從數(shù)學上講，給水系統(tǒng)的優(yōu)化調度就是以供水費用（包括制水費用和運行電費）最省力目標函數(shù)，以滿足各項供水要求為約束條件的最優(yōu)化問題。

（二）給水系統(tǒng)的微觀數(shù)學模型與宏觀數(shù)學模型。在進行給水系統(tǒng)運行最優(yōu)化計算時，必須快速、準確地模擬出系統(tǒng)的工作狀況，求出表征系統(tǒng)工作狀況的一些特征參數(shù)，因而必須建立管網(wǎng)的數(shù)學模型。常用的管網(wǎng)數(shù)學模型有兩大類：管網(wǎng)的微觀數(shù)學模型，即傳統(tǒng)的管網(wǎng)模型。它是從實際管網(wǎng)簡化而來的。應用這種模型進行平差計算時，要求己知各管段的結構參數(shù)（管長，管樣，表征管壁粗糙程度的系數(shù)等）以及各節(jié)點標高、節(jié)點流量等，輸入數(shù)據(jù)多，占用計算機內存多，計算時間長，而且有許多輸入數(shù)據(jù)帶有某種隨機性和不確定性，因而使計算結果不可靠。加以計算工作量大，計算時間長，因而不適于優(yōu)化調度的需要；管網(wǎng)的宏觀數(shù)學模型就是在以往運行資料的基礎上，利用統(tǒng)計分析的方法建立起來的一種經(jīng)驗性的數(shù)學表達式。它不必考慮管網(wǎng)中具體各節(jié)點、各管段的工作狀態(tài)，而是從系統(tǒng)方法的角度出發(fā)，直接描述出涉及管網(wǎng)優(yōu)化調度方案決策的管網(wǎng)主要參數(shù)之間的經(jīng)驗函數(shù)關系。根據(jù)這種經(jīng)驗性的數(shù)學表達式，只要確定了管網(wǎng)的用水量，即可迅速求出各水廠的供水量，供水比力，而不必進行煩瑣的平差計算，因而計算速度快、輸入數(shù)據(jù)少，占內存少，而且計算結果可靠。因此，宏觀模型克服了微觀模型的缺陷，效果上又完全起到了它應有的作用。所以說宏觀模型的建立和發(fā)展對城市給水管網(wǎng)的優(yōu)化調度具有重要而深遠的意義。

（三） 給水系統(tǒng)優(yōu)化調度內容。給水管網(wǎng)優(yōu)化調度主要由3部分組成，如圖1所示。

圖1 給水系統(tǒng)優(yōu)化調度圖

用水量預測是實施優(yōu)化運行的基礎和前提，它的準確度直接影響到調度運行的可靠性及實用性。建立與實際系統(tǒng)的宏觀特征相吻合的工況模型是科學進行給水管網(wǎng)優(yōu)化調度的保證，進行優(yōu)化調度計算時一般需建立各個測壓點壓力和給水泵站流量、壓力關系模型，泵站給水流量和給水壓力、系統(tǒng)用水量之間的關系模型。優(yōu)化決策的最后環(huán)節(jié)就是建立優(yōu)化調度模型，用以確定優(yōu)化運行的決策變量值，其目的就在滿足系統(tǒng)約束前提下，使運行費用最小。

二、管網(wǎng)滲漏控制

（一）在新管網(wǎng)施工的管材、管件質量和施工工藝，以及回填質量上下功夫，應有技術科等專門職能科室進行監(jiān)督和管理，以盡可能減少新敷設管網(wǎng)的漏失隱患。

1.依據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50628）和其他有關規(guī)定進行材料采購；

2.主管網(wǎng)應大力推廣使用球墨鑄鐵管較好。鑄鐵管、鋼管、鍍鋅管等金屬管容易造成：①質量參差不齊，焊接不良；②管道防腐處理不好；③管網(wǎng)伸縮延展性不夠，地基沉降，受力影響，造成斷裂；

3.新型管材一般指PE、PVC、PPI等非金屬管材，這幾種管材的自身質量、施工安裝質量、以及回填質量尤其重要。

（二）在需要熱熔的非金屬管網(wǎng)要盡量減少管內縮口。

1.縮口接頭過多，整體管徑縮小，無形之中減小局部供水壓力；

2.縮口過多，增加了管網(wǎng)內摩擦力，也就增加了管網(wǎng)損耗，增加無謂的水頭損失；

3.具體解決方法有兩種：①熱熔時安裝施工人員掌握好溫度和時機，不要太淺和過深，既保證接口不漏水，又能減少內縮口的面積。②熱熔后，管線在一定長度內，用接近供水管型號的鋼釬進行反復疏通，以便達到減少縮口的目的。

（三）加強數(shù)據(jù)分析，促進控漏水平的提高。建立健全各類基礎臺帳，特別是管網(wǎng)搶修臺帳、巡線臺帳、檢漏臺帳等，匯總相關數(shù)據(jù)進行分析，總結成果，查找問題制定整改措施，不斷推進供水管網(wǎng)漏損控制工作取得新進步。

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