淺析計算機在城市給水系統(tǒng)中的應(yīng)用
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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(shè)施構(gòu)成的水輸送系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的合理設(shè)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(xué)技術(shù)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(shè)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??；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(shè)計及管理人員迫切需要解決的實際問題。
關(guān)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(yīng)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(shù)發(fā)展研究的基本方向。采用面向?qū)ο蟮目梢暬幊碳夹g(shù)建立城市給水管網(wǎng)計算模型。根據(jù)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(xué)依據(jù)。
一、 我國給水系統(tǒng)軟件的發(fā)展與應(yīng)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(yīng)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(xué)作為給水排水領(lǐng)域中計算機應(yīng)用研究的最早的著名大學(xué)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(shè)計程序，開辟了國內(nèi)給水排水領(lǐng)域中計算機應(yīng)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(chǔ)上，我們采用了當前最先進的計算機技術(shù)，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(shè)計計算、工程規(guī)劃、設(shè)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(xué)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(yīng)和服務(wù)國內(nèi)給水軟件應(yīng)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(shè)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(shù)應(yīng)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(luò)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(shè)施（包括水源，泵站，水廠設(shè)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(shè)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(shè)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(xué)模型，并進行規(guī)劃設(shè)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(shè)計的合理程度及運行規(guī)律，實現(xiàn)設(shè)計和運行管理的科學(xué)化。
（三）供水管理與控制網(wǎng)絡(luò)軟件
應(yīng)用計算機實現(xiàn)現(xiàn)代化科學(xué)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(luò)化和運行操作優(yōu)化與自動化的重要途徑。應(yīng)用上述專業(yè)軟件和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過程序邏輯控制（PLC）技術(shù)與設(shè)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(shù)。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(shù)經(jīng)濟基礎(chǔ)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(wù)
隨著計算機及控制管理科學(xué)技術(shù)的進步，給水管網(wǎng)設(shè)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(shè)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(xué)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(shù)：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(yīng)用技術(shù)，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(shù)設(shè)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(yīng)具有自己的專業(yè)技術(shù)研究和成套設(shè)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(shù)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(yīng)用技術(shù)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(shù)研討會論文集，1998.11
[2]周 敏，關(guān)于上海市給水管網(wǎng)的建模工作，98‘全國給水管網(wǎng)技術(shù)研討會論文集，1998.11
關(guān)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(yīng)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(shù)發(fā)展研究的基本方向。采用面向?qū)ο蟮目梢暬幊碳夹g(shù)建立城市給水管網(wǎng)計算模型。根據(jù)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(xué)依據(jù)。
一、 我國給水系統(tǒng)軟件的發(fā)展與應(yīng)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(yīng)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(xué)作為給水排水領(lǐng)域中計算機應(yīng)用研究的最早的著名大學(xué)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(shè)計程序，開辟了國內(nèi)給水排水領(lǐng)域中計算機應(yīng)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(chǔ)上，我們采用了當前最先進的計算機技術(shù)，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(shè)計計算、工程規(guī)劃、設(shè)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(xué)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(yīng)和服務(wù)國內(nèi)給水軟件應(yīng)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(shè)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(shù)應(yīng)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(luò)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(shè)施（包括水源，泵站，水廠設(shè)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(shè)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(shè)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(xué)模型，并進行規(guī)劃設(shè)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(shè)計的合理程度及運行規(guī)律，實現(xiàn)設(shè)計和運行管理的科學(xué)化。
（三）供水管理與控制網(wǎng)絡(luò)軟件
應(yīng)用計算機實現(xiàn)現(xiàn)代化科學(xué)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(luò)化和運行操作優(yōu)化與自動化的重要途徑。應(yīng)用上述專業(yè)軟件和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過程序邏輯控制（PLC）技術(shù)與設(shè)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(shù)。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(shù)經(jīng)濟基礎(chǔ)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(wù)
隨著計算機及控制管理科學(xué)技術(shù)的進步，給水管網(wǎng)設(shè)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(shè)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(xué)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(shù)：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(yīng)用技術(shù)，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(shù)設(shè)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(yīng)具有自己的專業(yè)技術(shù)研究和成套設(shè)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(shù)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(yīng)用技術(shù)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(shù)研討會論文集，1998.11
[2]周 敏，關(guān)于上海市給水管網(wǎng)的建模工作，98‘全國給水管網(wǎng)技術(shù)研討會論文集，1998.11