淺析計算機在城市給水系統(tǒng)中的應用

摘要：給水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個由各種管道、泵站、調(diào)節(jié)閥(閥門、減壓閥、檢查閥等)等多種設施構成的水輸送系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的合理設計及運行管理，可以節(jié)約大量工程投資，提高企業(yè)經(jīng)濟效益和現(xiàn)代化科學技術水平。管網(wǎng)系統(tǒng)的投資很大，同時涉及到的影響因素也很多，如何最優(yōu)地確定這些設計參數(shù)，使系統(tǒng)在滿足用戶要求的前提下，達到投資及運行費用最省；如何在已知某些系統(tǒng)參數(shù)的情況下，分析系統(tǒng)的運行狀況，以便進行優(yōu)化調(diào)度自動化控制等，這些都是給水管網(wǎng)設計及管理人員迫切需要解決的實際問題。
關鍵詞：給水；計算機；軟件
        城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)是保障工業(yè)生產(chǎn)和群眾生活的重要體系之一。運用計算機及其應用軟件來解決管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度問題，提高管理效率，節(jié)約運行費用，是當前給水系統(tǒng)新理論、新技術發(fā)展研究的基本方向。采用面向?qū)ο蟮目梢暬�編程技術建立城市給水管網(wǎng)計算模型。根據(jù)管網(wǎng)的結構參數(shù)（管網(wǎng)圖形、管段直徑和長度、阻力系數(shù)、節(jié)點流量等）計算出各管段流量和水頭損失等。在此基礎上，還可以得到各節(jié)點的水壓以及水源點供水壓力等參數(shù)，從而全面了解管網(wǎng)的工作狀況，并對管網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度，改建擴建，制訂發(fā)展規(guī)模等提供科學依據(jù)。
        一、 我國給水系統(tǒng)軟件的發(fā)展與應用
        城市供水系統(tǒng)軟件開發(fā)已經(jīng)經(jīng)歷了近30年的歷史，從給水管網(wǎng)平差計算到給水系統(tǒng)信息化、運行與管理自動化，形成了多種類型、多種版本、各具特色的軟件系列。國內(nèi)外軟件市場規(guī)模不斷擴大，需求日益增長。SynerGEE(Stoner)、EPANET、8M等國外品牌軟件在國內(nèi)已得到了一定的應用市場，具有管網(wǎng)平差、運行模擬、信息管理、運行管理等方面的較完整功能。
        同濟大學作為給水排水領域中計算機應用研究的最早的著名大學之一，著名給水排水專家楊欽教授編寫了“749”、“7512”、“767”、“784”等一系列管網(wǎng)平差計算和優(yōu)化設計程序，開辟了國內(nèi)給水排水領域中計算機應用的先河。經(jīng)過二十多年的不懈努力，積累了豐富的經(jīng)驗和先進的成果。在此基礎上，我們采用了當前最先進的計算機技術，開發(fā)了供水管網(wǎng)模擬計算軟件，在易用性、計算速度等方面均有較大突破，具有給水管網(wǎng)設計計算、工程規(guī)劃、設計繪圖、信息查詢和數(shù)據(jù)庫管理等功能。同時，在國內(nèi)大學中成立了首家由國內(nèi)專家合作興辦的給水軟件開發(fā)公司—上海同濟宏揚軟件有限公司，以高校高科技科研成果產(chǎn)業(yè)化為目標，以軟件國產(chǎn)化和本地化為優(yōu)勢，最大程度地適應和服務國內(nèi)給水軟件應用市場。“同濟宏揚軟件”的管網(wǎng)系統(tǒng)模擬與優(yōu)化調(diào)度軟件包以數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)核心，以管網(wǎng)地理信息、管網(wǎng)平差、規(guī)劃設計、實時運行模擬和優(yōu)化調(diào)度為四個分離的功能軟件，實行分階段實施的計算機技術應用。
        二、給水系統(tǒng)軟件類型與功能要求
        （一）給水管理信息系統(tǒng)軟件
        給水管理信息系統(tǒng)軟件是收集、積累、綜合分析給水系統(tǒng)中從水源、水處理過程、輸配水網(wǎng)絡到用戶的各階段的全方面信息數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)庫為核心，以分類數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)表達和靈活的查詢、提示和警告等形式向決策、管理和運行操作人員提供全面數(shù)據(jù)，集檔案、圖紙和報表為一體，實現(xiàn)信息現(xiàn)代化、辦公無紙化和決策數(shù)據(jù)化。儲存系統(tǒng)中各種設施（包括水源，泵站，水廠設施，管道，閥門，水表，用戶）的地理信息，以地圖方式儲存和表達，亦稱為電子地圖；而SCADA通常為隨時間變化的動態(tài)數(shù)據(jù)模式，以無線或有線通訊方式收集系統(tǒng)中運行數(shù)據(jù)（包括水量、水質(zhì)、水壓、運行狀態(tài)等），以數(shù)據(jù)表格和動態(tài)曲線等方式表達，為管理和運行決策提供分析依據(jù)。 
    （二）輸配水系統(tǒng)模擬計算－管網(wǎng)模型軟件
        給水管網(wǎng)系統(tǒng)建設投資占給水系統(tǒng)總投資的70％以上，供水電費亦多在總供水成本費用的50－60％，所以，給水管網(wǎng)的設計與運行管理質(zhì)量直接影響供水系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。管網(wǎng)模型軟件對給水管網(wǎng)建立數(shù)學模型，并進行規(guī)劃設計計算和運行狀態(tài)的動態(tài)模擬，求解管網(wǎng)中各管段及泵站的流量、壓力和水質(zhì)分布狀態(tài)，并可計算長年供水成本費用，分析評價管網(wǎng)規(guī)劃設計的合理程度及運行規(guī)律，實現(xiàn)設計和運行管理的科學化。
        （三）供水管理與控制網(wǎng)絡軟件
        應用計算機實現(xiàn)現(xiàn)代化科學管理是供水企業(yè)科技進步的發(fā)展方向，是實現(xiàn)企業(yè)管理現(xiàn)代化、高速信息通訊網(wǎng)絡化和運行操作優(yōu)化與自動化的重要途徑。應用上述專業(yè)軟件和計算機網(wǎng)絡技術，通過程序邏輯控制（PLC）技術與設備，可以實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過程全自動化和優(yōu)化控制。發(fā)達國家的供水企業(yè)已基本實現(xiàn)了這樣的全面技術。作為發(fā)展中國家的企業(yè)，需要根據(jù)企業(yè)自身的需求和技術經(jīng)濟基礎制定規(guī)劃，要利用幾年的時間，積累經(jīng)驗，避免浪費，逐步實現(xiàn)上述目標。
        三、給水管網(wǎng)系統(tǒng)科技進步方向和任務 
        隨著計算機及控制管理科學技術的進步，給水管網(wǎng)設計、運行與管理科技水平有了很大的發(fā)展，國內(nèi)外給水管網(wǎng)研究工作者已做了大量的研究和開發(fā)工作，并取得了豐碩的成果，為管網(wǎng)設計與管理提供強有力的支持和推動。然而，與發(fā)達國家相比，我國還存在著較大差距。中國是一個大國，是一個十分廣闊的科技市場，我們迫切需要加快步伐和力度，深入開展下列科學研究，形成適合中國國情和特點的高科技產(chǎn)品和市場。 
        1.管道檢漏及防漏技術：管道漏水供水系統(tǒng)中普遍存在的問題，是供水企業(yè)長期重視和需要解決的問題。檢測漏水和防漏已經(jīng)成為一項高科技應用技術，在我國具有顯著社會及經(jīng)濟價值，具有重要開發(fā)價值和科技進步意義。
        2.給水系統(tǒng)自動化控制和調(diào)度成套技術設備：給水系統(tǒng)自動化控制和調(diào)度具有明顯的行業(yè)特點和市場廣泛性，我國給水行業(yè)應具有自己的專業(yè)技術研究和成套設備開發(fā)及經(jīng)營管理隊伍，可以形成行業(yè)專門化成套產(chǎn)品和市場。
        3.給水系統(tǒng)計算機技術和軟件開發(fā)：根據(jù)我國市場需求，利用我國已有科技成果和科技力量，吸收國外先進經(jīng)驗和成果，開發(fā)我國自己的計算機應用技術和成套軟件，將對我國給水行業(yè)科技進步和提高經(jīng)濟效益起到重要推動作用。 
參考文獻：
[1]劉遂慶、陶建科，給水系統(tǒng)計算機控制與優(yōu)化調(diào)度軟件硬件模式，98‘全國給水管網(wǎng)技術研討會論文集，1998.11
[2]周 敏，關于上海市給水管網(wǎng)的建模工作，98‘全國給水管網(wǎng)技術研討會論文集，1998.11

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