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摘 要：给水系统的优化调度是一门综合性的应用技术，它以系统工程理论和最优化技术为理论基础，应用管网宏观数学模型和用水量预报技术等各种手段，以计算机为工具，在各种“硬件”、“软件”的支持下，实现给水系统管理现代化和决策科学化，从而获得最高的社会效益和经济效益。本文主要分析给水系统优化调度数学模型，内容及管网渗漏控制的探讨。
关键词：给水系统优化调度；优化调度数学模型；管网渗漏控制
室外给水工程又称给水工程，是为满足城乡居民及工业生产等用水需要而建造的工程设施。它的任务是自水源取水，并将其净化到所要求的水质标准后，经输配水系统送往用户。给水工程包括水源、取水工程、净水工程、输配工程4部分。经净水工程处理后，水源由原水变为通常所称的自来水，满足建筑物的用水要求。室内给水工程的任务是按水量、水压供应不同类型建筑物的用水。根据建筑物内用水用途可分为生活给水系统、生产给水系统和消防给水系统。
一、给水系统优化调度分析
（一）给水系统的优化调度。目前我国绝大多数城市给水系统还处在一种经验型的管理状态。这种经验型的管理办法虽然能够大体上满足供水需要，但却缺乏科学性和预见性，难以适应日益发展变化的客观要求，所确定的调度方案只是若干方案中的一种，而不是“最优”方案。往往造成很多不合理的现象。先进的调度管理应充分利用计算机技术并建成管网图形与信息的计算机管理系统。给水管网现状工况分析，对提高给水系统的管理水平至关重要。近年来由于计算机技术和控制遥测技术的迅猛发展，世界各国都着力于发展管网现状工况分析（状态分析）的研究，使给水管网的管理水平进入了一个新的阶段；管网现状工况分析也是实现节能技术的基础。通过现状工况分析，可为优化运行提供参数、条件以及实现的目标，是实施优化调度与控制的基础。
城市给水系统的优化调度就是在保证安全、可靠、保质、保量地满足各项供水要求的前提下，根据监测系统反馈的系统实际运行状态资料，或根据科学的预测手段，运用数学上的最优化技术，从所有各种可能的调度方案中，确定一种使系统总运行费用最省的最佳调度方案，从而确定系统中各设备的运行工况，以获取最高的社会效益和经济效益。大城市的管网往往随着用水量的增长而逐步形成多水源的给水系统。这种系统通常在管网中设有水库和加压泵站。为此须有调度管理部门，及时了解整个结水系统的生产情况，随时进行调度，采取有效的强化措施。通过集中调度，各水厂泵站可不必只根据本厂水压大小来启闭水泵，而有可能按照管网控制点的水压确定各厂工作泵的台数。这样，既能保证管网所需的水压、水质又可避免因管网水压过高而浪费能量、增大漏失。通过调度管理，可改善给水系统运行效果，降低供水的耗电量。从数学上讲，给水系统的优化调度就是以供水费用（包括制水费用和运行电费）最省力目标函数，以满足各项供水要求为约束条件的最优化问题。
（二）給水系统的微观数学模型与宏观数学模型。在进行给水系统运行最优化计算时，必须快速、准确地模拟出系统的工作状况，求出表征系统工作状况的一些特征参数，因而必须建立管网的数学模型。常用的管网数学模型有两大类：管网的微观数学模型，即传统的管网模型。它是从实际管网简化而来的。应用这种模型进行平差计算时，要求己知各管段的结构参数（管长，管样，表征管壁粗糙程度的系数等）以及各节点标高、节点流量等，输入数据多，占用计算机内存多，计算时间长，而且有许多输入数据带有某种随机性和不确定性，因而使计算结果不可靠。加以计算工作量大，计算时间长，因而不适于优化调度的需要；管网的宏观数学模型就是在以往运行资料的基础上，利用统计分析的方法建立起来的一种经验性的数学表达式。它不必考虑管网中具体各节点、各管段的工作状态，而是从系统方法的角度出发，直接描述出涉及管网优化调度方案决策的管网主要参数之间的经验函数关系。根据这种经验性的数学表达式，只要确定了管网的用水量，即可迅速求出各水厂的供水量，供水比力，而不必进行烦琐的平差计算，因而计算速度快、输入数据少，占内存少，而且计算结果可靠。因此，宏观模型克服了微观模型的缺陷，效果上又完全起到了它应有的作用。所以说宏观模型的建立和发展对城市给水管网的优化调度具有重要而深远的意义。
（三） 给水系统优化调度内容。给水管网优化调度主要由3部分组成，如图1所示。
图1 给水系统优化调度图
用水量预测是实施优化运行的基础和前提，它的准确度直接影响到调度运行的可靠性及实用性。建立与实际系统的宏观特征相吻合的工况模型是科学进行给水管网优化调度的保证，进行优化调度计算时一般需建立各个测压点压力和给水泵站流量、压力关系模型，泵站给水流量和给水压力、系统用水量之间的关系模型。优化决策的最后环节就是建立优化调度模型，用以确定优化运行的决策变量值，其目的就在满足系统约束前提下，使运行费用最小。
二、管网渗漏控制
（一）在新管网施工的管材、管件质量和施工工艺，以及回填质量上下功夫，应有技术科等专门职能科室进行监督和管理，以尽可能减少新敷设管网的漏失隐患。
1.依据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50628）和其他有关规定进行材料采购；
2.主管网应大力推广使用球墨铸铁管较好。铸铁管、钢管、镀锌管等金属管容易造成：①质量参差不齐，焊接不良；②管道防腐处理不好；③管网伸缩延展性不够，地基沉降，受力影响，造成断裂；
3.新型管材一般指PE、PVC、PPI等非金属管材，这几种管材的自身质量、施工安装质量、以及回填质量尤其重要。
（二）在需要热熔的非金属管网要尽量减少管内缩口。
1.缩口接头过多，整体管径缩小，无形之中减小局部供水压力；
2.缩口过多，增加了管网内摩擦力，也就增加了管网损耗，增加无谓的水头损失；
3.具体解决方法有两种：①热熔时安装施工人员掌握好温度和时机，不要太浅和过深，既保证接口不漏水，又能减少内缩口的面积。②热熔后，管线在一定长度内，用接近供水管型号的钢钎进行反复疏通，以便达到减少缩口的目的。
（三）加强数据分析，促进控漏水平的提高。建立健全各类基础台帐，特别是管网抢修台帐、巡线台帐、检漏台帐等，汇总相关数据进行分析，总结成果，查找问题制定整改措施，不断推进供水管网漏损控制工作取得新进步。
参考文献：
[1]周建华.城市给水管网系统所面临的问题和决策[J].中国给水排水，2012（11）.
[2]张宏伟.给水管网压力检测点的布置方法[J].中国给水排水，2013（3）.
[3]张孟涛.城市供水管网的分区域管理模式研究[J].城镇供水，2014（2）.
[4]李日斌.多管齐下抓管理深挖潜力降漏损[J].城镇供水，2012（5）.
关键词：给水系统优化调度；优化调度数学模型；管网渗漏控制
室外给水工程又称给水工程，是为满足城乡居民及工业生产等用水需要而建造的工程设施。它的任务是自水源取水，并将其净化到所要求的水质标准后，经输配水系统送往用户。给水工程包括水源、取水工程、净水工程、输配工程4部分。经净水工程处理后，水源由原水变为通常所称的自来水，满足建筑物的用水要求。室内给水工程的任务是按水量、水压供应不同类型建筑物的用水。根据建筑物内用水用途可分为生活给水系统、生产给水系统和消防给水系统。
一、给水系统优化调度分析
（一）给水系统的优化调度。目前我国绝大多数城市给水系统还处在一种经验型的管理状态。这种经验型的管理办法虽然能够大体上满足供水需要，但却缺乏科学性和预见性，难以适应日益发展变化的客观要求，所确定的调度方案只是若干方案中的一种，而不是“最优”方案。往往造成很多不合理的现象。先进的调度管理应充分利用计算机技术并建成管网图形与信息的计算机管理系统。给水管网现状工况分析，对提高给水系统的管理水平至关重要。近年来由于计算机技术和控制遥测技术的迅猛发展，世界各国都着力于发展管网现状工况分析（状态分析）的研究，使给水管网的管理水平进入了一个新的阶段；管网现状工况分析也是实现节能技术的基础。通过现状工况分析，可为优化运行提供参数、条件以及实现的目标，是实施优化调度与控制的基础。
城市给水系统的优化调度就是在保证安全、可靠、保质、保量地满足各项供水要求的前提下，根据监测系统反馈的系统实际运行状态资料，或根据科学的预测手段，运用数学上的最优化技术，从所有各种可能的调度方案中，确定一种使系统总运行费用最省的最佳调度方案，从而确定系统中各设备的运行工况，以获取最高的社会效益和经济效益。大城市的管网往往随着用水量的增长而逐步形成多水源的给水系统。这种系统通常在管网中设有水库和加压泵站。为此须有调度管理部门，及时了解整个结水系统的生产情况，随时进行调度，采取有效的强化措施。通过集中调度，各水厂泵站可不必只根据本厂水压大小来启闭水泵，而有可能按照管网控制点的水压确定各厂工作泵的台数。这样，既能保证管网所需的水压、水质又可避免因管网水压过高而浪费能量、增大漏失。通过调度管理，可改善给水系统运行效果，降低供水的耗电量。从数学上讲，给水系统的优化调度就是以供水费用（包括制水费用和运行电费）最省力目标函数，以满足各项供水要求为约束条件的最优化问题。
（二）給水系统的微观数学模型与宏观数学模型。在进行给水系统运行最优化计算时，必须快速、准确地模拟出系统的工作状况，求出表征系统工作状况的一些特征参数，因而必须建立管网的数学模型。常用的管网数学模型有两大类：管网的微观数学模型，即传统的管网模型。它是从实际管网简化而来的。应用这种模型进行平差计算时，要求己知各管段的结构参数（管长，管样，表征管壁粗糙程度的系数等）以及各节点标高、节点流量等，输入数据多，占用计算机内存多，计算时间长，而且有许多输入数据带有某种随机性和不确定性，因而使计算结果不可靠。加以计算工作量大，计算时间长，因而不适于优化调度的需要；管网的宏观数学模型就是在以往运行资料的基础上，利用统计分析的方法建立起来的一种经验性的数学表达式。它不必考虑管网中具体各节点、各管段的工作状态，而是从系统方法的角度出发，直接描述出涉及管网优化调度方案决策的管网主要参数之间的经验函数关系。根据这种经验性的数学表达式，只要确定了管网的用水量，即可迅速求出各水厂的供水量，供水比力，而不必进行烦琐的平差计算，因而计算速度快、输入数据少，占内存少，而且计算结果可靠。因此，宏观模型克服了微观模型的缺陷，效果上又完全起到了它应有的作用。所以说宏观模型的建立和发展对城市给水管网的优化调度具有重要而深远的意义。
（三） 给水系统优化调度内容。给水管网优化调度主要由3部分组成，如图1所示。
图1 给水系统优化调度图
用水量预测是实施优化运行的基础和前提，它的准确度直接影响到调度运行的可靠性及实用性。建立与实际系统的宏观特征相吻合的工况模型是科学进行给水管网优化调度的保证，进行优化调度计算时一般需建立各个测压点压力和给水泵站流量、压力关系模型，泵站给水流量和给水压力、系统用水量之间的关系模型。优化决策的最后环节就是建立优化调度模型，用以确定优化运行的决策变量值，其目的就在满足系统约束前提下，使运行费用最小。
二、管网渗漏控制
（一）在新管网施工的管材、管件质量和施工工艺，以及回填质量上下功夫，应有技术科等专门职能科室进行监督和管理，以尽可能减少新敷设管网的漏失隐患。
1.依据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50628）和其他有关规定进行材料采购；
2.主管网应大力推广使用球墨铸铁管较好。铸铁管、钢管、镀锌管等金属管容易造成：①质量参差不齐，焊接不良；②管道防腐处理不好；③管网伸缩延展性不够，地基沉降，受力影响，造成断裂；
3.新型管材一般指PE、PVC、PPI等非金属管材，这几种管材的自身质量、施工安装质量、以及回填质量尤其重要。
（二）在需要热熔的非金属管网要尽量减少管内缩口。
1.缩口接头过多，整体管径缩小，无形之中减小局部供水压力；
2.缩口过多，增加了管网内摩擦力，也就增加了管网损耗，增加无谓的水头损失；
3.具体解决方法有两种：①热熔时安装施工人员掌握好温度和时机，不要太浅和过深，既保证接口不漏水，又能减少内缩口的面积。②热熔后，管线在一定长度内，用接近供水管型号的钢钎进行反复疏通，以便达到减少缩口的目的。
（三）加强数据分析，促进控漏水平的提高。建立健全各类基础台帐，特别是管网抢修台帐、巡线台帐、检漏台帐等，汇总相关数据进行分析，总结成果，查找问题制定整改措施，不断推进供水管网漏损控制工作取得新进步。
参考文献：
[1]周建华.城市给水管网系统所面临的问题和决策[J].中国给水排水，2012（11）.
[2]张宏伟.给水管网压力检测点的布置方法[J].中国给水排水，2013（3）.
[3]张孟涛.城市供水管网的分区域管理模式研究[J].城镇供水，2014（2）.
[4]李日斌.多管齐下抓管理深挖潜力降漏损[J].城镇供水，2012（5）.