水廠調度方案

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水廠調度方案范文第1篇

關鍵詞：供水系統 優化調度 SCADA系統 調度模型

前言

福州市自來水總公司現有6個水廠，目前設計能力為83.5萬m3/d，至1998年底將達98.5萬m3/d。1998年最高日供水量為89.74萬萬m3。基本上從供不應求的嚴重缺水局面轉到適度超前狀態。供水工作的重點也從多方集資建設水廠、水廠超負荷運行挖潛改造應付市區供水，轉到按照《2000年供水行業技術進步規劃》，保質保量、安全優質供水上來。“進步規劃”中“兩提高，三降低”工作之一的合理降低能耗工作，是供水企業生產運行中影響制水成本的重要項目。以福州市1998年二季度成本為例，供水總成本中：動力費用占40.4%；制造成本費用占48.5%，工資費用占5.55%；材料費用占5.55%（其中氯耗為1.1%，藥耗為2.3%）。因此，隨著供水工作重點的轉移，原有經驗性的調度工作水平急需在科學理論的指導下得到提高。1995年本公司和上海同濟大學共同制定了福州公司優化調度項目工作大綱。規劃在2000前分階段完成優化調度的課題研究工作，建立宏觀調度模型，在供水生產調度上直接應用。在此基礎上，規劃在2005年前，逐步建立管網數學模型，根據管網測壓點返回的數據調整管網模型節點流量，模型校正正確后用該模型進行優化調度計算，求出各水廠的供水量和供水揚程。

1　SCADA系統現狀

福州公司的“三遙”系統始建于1986年，當時由電子部第七研究所提供全部國產化的端機、電臺和Z-80計算機，定時巡測管網壓力和水廠生產數據，進行簡單的數據采集、存貯和管網測壓報表打印。由于受國產設備當時的技術水平的限制，系統可靠性、穩定性均較差，特別是配套儀表的性能、品質較差，始終未達到預期目的。1992年公司利用國外政府貸款建設新水廠的資金，對管網測壓系統進行了改造更新，基本能滿足管網測壓巡測、巡檢和數據采集、存貯的要求，但因進口設備基本上是80年代末產品，配件供應困難，運行程序完全封閉，使用功能少，無法進行數據統計、報表打印、壓力合格率計算等工作。隨著電子元器件的逐年老化損壞，系統故障率升高，部分設備退出運行，測壓系統難以適應生產需要。公司于1996年委托電子部七所對“三遙”系統進行全面改造；重新建立8個水廠端站（配1035端機）和10個管網測壓端站（配1039端機），系統在Windows95操作平臺上工作，各項生產報表、數據統計、存貯等功能由福州水公司設計，七所提供技術保障，初步形成了一級調度的SCADA系統。

2　優化調度和SCADA的關系

福州水公司在一級調度SCADA系統的建設過程中，在電子部七所提供的原程序上，增加了管網最低壓力點紅色報警、水廠二泵機組效率、二泵壓力合格率計算、1000m3水電單耗計算、單位配水電耗計算、水泵工況點顯示記錄、二泵動辦電耗、雜項電耗、總電耗計算和顯示、報表打印等多項功能。由于運行程序及自由組態的完全開放，生產運行人員可以在使用過程中通過自由組合來完成各項數據顯示，自行進行報表設計，顯示圖幅設計，生產數據對比計算，在部分儀表未安裝時采用調度日報表的數據自動填充，為生產調度系統應用計算機技術進行現代化的科學管理，提供了良好的軟件和硬件條件，并為優化調度奠定了良好的信息源基礎。

總結國內水廠計算機監測技術的發展和應用，經過近年的技術引進和生產實踐，供水企業的計算機監測和控制以建立集散型(DCS)計算機監控系統為宜。該系統基本以計算機網絡，工業PC+PLC(RTU)為主體，把實時監控管理擴展成聯網控制及信息管理，成為分散型綜合信息自控管理系統。具有功能完善、分散自治、靈活可靠、操作容易、維護簡便等優點。特點是軟件工程的發展，使軟件的維護和變更工作已無需軟件工程師來做，而由水廠工藝運行工程師自已就能完成，可滿足現代化水廠過程控制、優化調度、管理的需要。

遙測、遙信、遙控系統作為水廠監控系統的延伸，將各水廠的實時生產運行參數通過有線或無線的形式送到總公司的生產調度中心，有較好的實時性，數據采集更為集中，通過調度中心分析比較，在經驗調度階段通過人工判斷，作出整個供水系統的最佳調度方案安排供水生產；在宏觀調度階段，則可通過計算機采集“三遙”系統傳送來的管網壓力數據和水廠生產運行參數，以及通過實測鄧得的管網工況，給出最高時、平均時、最小時供水分界線，實際供水分界線范圍。選取若干管網分界線上的點和管網末稍作為控制點，由管網宏觀調度程序給出最佳調度方案組織供水生產。當然宏觀簡單調度受多方面因素的影響，特別是通知經驗所得到的管網工況參數與管網實際運行狀態之間的差距，在很大程度上影響到宏觀高度所提出的調度方案的準確性和精度。因此，提出簡單宏觀調度是希望通過測壓點和各水廠二泵流量Q和揚程H以及運行費用建立起來的函數關系，在總供不量一定及滿足管網服務壓力的情況下，力求運行費用最小。此時由“三遙”系統已建立聯系的各廠二泵H、Q與測壓點壓力的函數關系，就可以求出各廠的H、Q的調度值。受各廠實際情況的影響，必要時各廠的H、Q調度值需作適當調整。這一類簡單宏觀調度模型能隨用水條件的變化，自動地不斷生成。優化調節器度的最終目標是建立微觀調度模型，微觀調度模型必須在“三遙”系統及建立管網正確有數學模型的基礎上，通過管網測壓點送回的壓力參數，調整模型節點流量，使理論計算和實際測壓點接近。模型校正正確后用該模型進行優化調度計算，求各廠的供水量Q和供水揚程H。

3　工作目標及努力方向

綜上所述，供水生產調度的目標是：在保證管網所需壓力以及在各供水廠現有設備的前提下，通過采集生產運行參數，應用計算機技術使得運行費用最小。由于供水生產成本中電耗占有舉足輕重的份量，供水生產調節器度的經濟與否潛藏著巨大的潛力和經濟效益，而“三遙”系統的建立和穩定工作，又是優化調度必不可少的重要條件之一。所以，建立“三遙”系統使其真實反映水廠生產運行情況和管網壓力，在供水生產和保障工農業生產的安全經濟運行中有著重要的社會經濟效益和經濟效益。

福州水公司至1998年8月已完成了一級調度的SCADA系統，至1998年底全面建立二級調度的SCADA系統。將6個相對獨立的水廠數據采集予站劃歸水廠管理，水廠調度可監控本廠的生產運行情況，及時發現生產問題，加強一次儀表的生產運行、維護。實時性更強，有助于供水生產管理，調動水廠的工作積極性。

水廠調度方案范文第2篇

關鍵詞 水廠；監控系統；應用

中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）102-0223-02

1水廠監控系統簡介

“水廠監控系統”主要應用在自來水供水公司對水廠的遠程控制管理中，目的在于解決自來水調度室對水廠生產情況的監控功能，及時了解水廠的生產情況，壓力情況，機組的運行情況等，為生產調度工具提供及時可靠的信息，并提供對水廠發部指令。

“水廠監控系統”是目前水廠建設和改造的主要提供方向，該系統可以靈活設置系統參數的系統設置模塊；集中管理客戶信息的客戶管理模塊；提供了一個兼容性能優越的管理框架，實現了多水廠的集中管理；提供了圖形監控、實時動態數據監控、報表打印、報警管理、方便的查詢等功能，使本系統成為真正意義上的遠程監控管理系統，實現了對水廠的信息化管理，極大方便了調度中心工作人員及公司領導對水廠的遠程監控、操作。

2系統組成

該系統與“營業收費系統”、“泵站監控系統”、“管網監控系統”、“辦公OA系統”、“滲漏預警分析系統”等多個子系統并行組成水務信息化生產調度系統。

3 系統主要功能

自來水公司水廠調度中心可以監測到整個城市供水管網的流量、壓力；所有水源井、水廠、加壓泵站設備的工作情況；還可以對任何監測、操作信息進行歷史記錄保存和查詢調取；并且指揮各個水廠能夠科學供水，節約水資源。

1）系統管理

本部分完成水廠監控系統必要的后臺管理操作，如地區管理、操作權限管理、地圖管理、系統高級設置及用戶操作事件日志等，整合搭建一個統一的管理平臺。

2）人員管理

給使用本系統的單位，提供員工管理、營業網點管理的功能，顯示各個營業網點的員工責任歸屬，操作權限分配，可以進行增減網點和人員調動。

3）水廠監控

該系統實現了水廠管理、地圖管理功能，可以對采集到的數據和圖形進行監控，同時可以實現歷史數據和實時數據查詢等功能。該系統提供各類報表、曲線功能。

4）設備管理

系統提供了詳細的設備管理功能模塊，可以組合各種條件，對不同型號設備進行兼容，實現對設備的查詢以及查看設備新建、維修、更換的歷史記錄，同時可以擴展該部分功能，實現對設備使用情況和使用壽命的實時提醒，降低設備故障突發率。

5）安全管理

本系統采用網絡、系統、數據、訪問等多級安全策略，有效防御網絡攻擊，密碼暴力破解網絡破壞行為，多級不同職位有限授權，保證業務操作的可靠性和安全性。

6）數據交互

其他系統（如營業系統、辦公系統、財務系統等）需要與本系統交換數據，本系統能提供安全可靠的數據訪問接口以實現信息整合。

7）數據分析

系統可以根據數據量，形成“實時數據”、“歷史曲線”和豐富的數據報表。可以生成PDF、網頁及EXCEL電子表格等格式文件用于打印或保存，報表也可以按需另行制作。

4 軟硬件配置

1）軟件：該系統采用B/S與C/S相結合結構，應用軟件在自來水調度中心服務器上運行，客戶方通過局域網WEB頁面瀏覽、查詢、操作；操作權限根據崗位、業務進行差異化分配；

2）硬件：包含服務器、交換機、機柜、數據庫軟件、服務器和客戶端系統軟件、UPS電源、路由器、客戶端電腦等。

5 系統未來發展趨勢

水廠自控技術在我國的發展起步于70年代初，而水廠監控系統則是在90年代初才由國外引入國內，目前水廠自控技術發展雖然已經日趨完善，但是在信息化、標準化、高效率、自動化等方面尚有許多不足，隨著水環境破壞的加劇，人們對水質以及供水安全提出更高要求，自來水公司也在積極探尋低耗、高效、安全的水廠自控建設方案，同時隨著云技術的概念引進及發展，水務云覆蓋目前水務集團管理模式的趨勢也勢在必行，介時在整個水務云平臺上，“水廠監控系統”、“泵站監控系統”、“供水管網”、“分區計量”、“故障判斷”、“協同辦公”、“財務核算”等等相對獨立的業務系統即可實行信息整合、調用。各個水廠之間的亦可實現集團調度中心統一管理，實現無人值守。

參考文獻

[1]唐偉強.水廠監控系統的研究與設計[D].蘭州理工大學，2008.

水廠調度方案范文第3篇

關鍵詞：水資源；配置；設計來分析

中圖分類號：TV213文獻標識碼：A文章編號：

水資源是基礎性的自然資源，是生態環境建設的控制因素，同時又是戰略性的經濟資源。以水資源緊缺、水污染嚴重和洪澇災害為特征的水危機已成為我國可持續發展的重要制約因素。因此，開發水資源綜合管理決策支持系統對緩解水資源緊缺、遏制水污染、有效防治洪澇災害有著重要的現實意義。

1 系統分析

水資源優化配置涉及的因素有地形、地貌、地質構造、水文地質條件、水源情況、河流水系、水文氣象、植被、土壤和工農業生產發展情況等，因素多，環境復雜，影響范圍大，各因素涉及到的數據來源于不同的管理部門，分布在不同的時間、空間范圍內。計算機技術和GIS技術等技術為水資源優化配置決策支持系統提供了技術支撐。

地理信息系統（Geographic information system 簡稱GIS）是隨著地理科學、計算機技術、遙感技術和信息科學的發展而發展起來的一個新興技術，是一個能夠對空間相關數據進行采集、管理、分析和可視化輸出的計算機信息系統。由于水資源管理所需數據牽涉到各種空間特性，所以將GIS技術作為整個決策支持系統的平臺，對于水資源的信息管理能提供更直觀、有效和方便的手段。

2 系統設計

2.1 系統結構

整個系統綜合利用各種數據﹑信息﹑知識﹑特別是模型技術，輔助各級決策者解決半結構化問題的人機交互系統。其基本結構由人機交互系統﹑模型庫系統和數據庫系統三大部件組成。

因為水資源管理系統設計到的地理范圍、時間跨度較大，而且數據量巨大，考慮到數據管理效率和響應時間，采用了瀏覽器/服務器（Browse/Server）結構和客戶/服務器（Client/Server）相結合的方式，其中模型計算部分需要大量計算，有大量用戶交互和通訊數據，對實時控制有很高要求，對這部分采用C/S模式。模型調度模擬后的信息、信息查詢等，采用了B/S結構。

2.2 數據庫設計

數據庫系統是水資源優化調度決策支持系統的基礎和重要支撐。它實現對水資源基礎信息的存儲、查詢和利用，為模型庫的運行提供基礎數據流和存放運行結果。根據水資源系統優化調度的業務要求，從水資源配置和科學管理等各類數據的存儲與管理要求出發，將水利基礎信息歸納為：社會經濟數據、水文數據、氣象信息數據、供用水數據、水環境數據、工情數據、地理信息數據等。為充分利用現有系統，其中地理信息數據由地理信息系統（MapInfo）進行管理，其它數據由數據庫管理系統（SQL SERVER2000）進行管理，經分析主要包括以下幾類數據。

社會經濟數據：包括統計日期、行政區劃代碼、行政區劃名稱、耕地面積、總人口、固定資產、工農業產值等數據。

水文數據：使用已有的水雨情遙測庫。

供用水數據：包括供水水源日供水數據，各水廠用水計劃等數據。

水環境數據：包括余姚市人工監測的主要水庫及骨干河道的水質評價等數據。

工情數據：包括河流、水庫、輸水管渠、灌區、水廠等數據。

空間數據：包括河網水系、各種建筑物的空間信息、行政區劃、人口分布、企業分布等數據。

2.3 模型庫設計

模型庫是系統的核心，主要包括兩個模型，水庫群優化調度模型和水質模型。每個模型都擁有自己的模型參數、模型結果，模型文件，模型說明，模型驗證情況等。

對模型的調用通過WEBSERVICE進行，將模型服務與WEB服務分開部署，提高系統效率。

3 系統組成

整個系統分為信息查詢子系統、GIS子系統、決策支持子系統、系統管理系統和幫助子系統。

3.1 信息查詢系統

3.1.1 工程查詢

3.1.1.1 水源工程：顯示水庫的相關信息。

3.1.1.2 輸水工程：顯示輸水管渠的相關信息。

3.1.1.3 自來水廠：顯示自來水廠的相關信息。

3.1.1.4 農業灌區：顯示水庫灌區的相關信息。

3.1.2 供用水查詢

3.1.2.1 水庫蓄水量：查詢當前水庫蓄水量情況。

3.1.2.2 用水計劃：查詢當前月各水廠用水計劃。

3.1.2.3 供水情況：查詢去年同月份各水庫的供水情況。

3.1.3 水質查詢

3.1.3.1 主要水源地（水庫）：查詢主要水源地的水質評價結果。

3.1.3.2 骨干河道：查詢監測河道的水質評價結果。

3.2 地理信息查詢系統

提供基本的地圖瀏覽功能如放大、縮小、漫游、全圖功能，對不同的地理信息按圖層分別顯示。提供基于地圖的信息查詢，通過點選、框選等工具在地圖上選擇地理對象查詢其屬性信息，并以表格、圖片等方式進行顯示。提供地理對象的空間定位功能，通過地圖圖層名與編號來定位地理對象。

3.3 決策支持系統

3.3.1 零維水質調度

3.3.1.1 水質預測

水質預測是利用箱子模型對指定月份的水質進行預測。模型需要輸入預測月份每個箱子的月降雨量及箱子月平均水位，輸入模型的三個上邊界流入水量、NH4濃度和COD濃度以及模型的三個下邊界流出水量。通過模型計算后得到計算月份每個箱子的NH4及COD濃度以及相應的水質評價結果。

3.3.1.2 水質改善方案

水質改善方案是利用箱子模型計算指定月份的水質改善方案。計算方式包括單純調水、削減污染物負荷與調水相結合兩種。

單純調水方式（不削污）：輸入計算月份及每個箱子的月降雨量、月均水位、目標水質等級以及調水水質（NH4、COD濃度），通過模型計算得到達到目標水質所需的調水水量。

調水與消污相結合方式（削污）： 輸入計算月份及每個箱子的污染物負荷削減比例（NH4、COD）、月降雨量、月均水位、目標水質等級以及調水水質（NH4、COD濃度），通過模型計算得到達到目標水質所需的調水水量。

3.3.1.3 水環境容量

水環境容量是輸入計算月份及每個箱子水質目標、水位、上邊界流量和水質，通過模型計算得出每個箱子環境容量和剩余環境容量。

3.3.1.4 模型說明

對水質調度的模型的說明文本。

3.3.1.5 驗證情況

對水質調度的模型驗證情況說明。

3.3.2 一維水質調度

3.3.2.1 水質預測

水質預測是對整個河網的水質進行預測。模型需要輸入預測開始時間及預測天數和時段步長，輸入邊界的水位流量、NH4濃度和COD濃度。通過模型計算后得到河網內部各斷面水位流量、NH4濃度和COD濃度過程。

3.3.2.2 水質改善方案

水質改善方案主要是指在引水條件下對四個計算區塊的水質進行預測。模型需要輸入預測開始時間及預測天數和時段步長，輸入四個區塊（姚西北，西上河，姚中，姚江）中任一個、水位流量、NH4濃度和COD濃度。通過模型計算后得到相應的各斷面水位流量、NH4濃度和COD濃度過程。

3.3.2.3 模型說明

對水質調度的模型的說明文本。

3.3.2.4 驗證情況

對水質調度的模型驗證情況說明。

3.3.3 水量調度

水量調度主要是水庫群的優化調度，包括常規汛限水位調度與動態汛限水位調度，以及模型的說明及模型驗證情況。

3.3.3.1 常規汛限水位調度

輸入模型計算需要的降雨信息、蒸發信息、水庫水位、水廠需水信息，系統調用模型按常規汛限水位條件進行模擬計算，按棄水量最小原則得出各水庫調度方案，以及水廠及灌區的供水缺水情況。如果對計算得出的水庫調度方案不滿意，可以通過人工干預，輸入指定水庫的放水方案，代入模型重新計算，直到滿意為止。

3.3.3.2 動態汛限水位調度

輸入輸出及操作流程與常規汛限水位下的調度類似，區別在于系統調用模型按動態汛限水位條件進行模擬計算。

3.3.3.3 模型說明

對水量調度的模型的說明文本。

3.3.3.4 驗證情況

對水量調度的模型驗證情況說明。

3.4 系統管理

系統管理主要進行用戶管理、數據維護、模型維護。

3.4.1 用戶管理

不同權限的用戶可進行的操作不一樣，用戶權限分系統管理員、模型管理員、數據管理員和普通用戶四級，管理員可以增加、刪除用戶，修改用戶權限級別，也可以維護數據庫及模型庫內容；數據管理員可以進行數據維護及模型調度；模型管理員可以進行模型維護及模型調度操作；普通用戶沒有維護權限只能登錄本系統查看信息及進行模型調度。

3.4.2 數據維護

對系統正常運行需要的數據進行新增、刪除與修改操作。

3.4.3 模型維護

對模型的參數進行修正。

參考文獻：

水廠調度方案范文第4篇

關鍵詞：區域供水 優化調度 數學模型 新技術

Abstract: Development of the appropriate regional water supply model to simulate multiple water supply system, will be able to the greatest degree of reduction in water supply costs, and provide economic benefits.

Key word：regional water supply; optimal scheduling; mathematical; model; new technology

中圖分類號：TV674 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）03-0020-02

1區域供水的基本概念

1.1問題的提出

水是人類生存和發展的重要物質基礎，是生態環境的控制性要素，水資源的可持續利用是經濟可持續發展的重要保障。我國水資源正面臨少、臟、渾和生態失衡的態勢，水資源短缺已成為制約我國經濟社會可持續發展的重要因素。

水資源是十分重要、又很特殊的自然資源，為了促進城市發展，提高人民生活水平，保障人民生命財產安全，如何經濟合理地開發、利用、保護水資源，如何選擇以最低的基建投資和最少的經營管理費用，滿足各用戶用水要求，避免重復建設，是城市給水工程規劃的主要任務。

區域供水是指水源相對集中、供水范圍覆蓋多個區域、管網連成一片的供水系統。這種供水系統優勢在于合理利用水資源，形成規模效益，提高了系統的專業性、合理性、可靠性與經濟性。

1.2區域供水的必要性

目前城鎮供水供求矛盾日益突出，主要反映在水質、水量和規模經濟效應3個方面。

隨著工業的發展和居民生活水平的提高，大量排放的污、廢水嚴重污染了地表水，同時，工業用水量和生活用水量也大幅增長，此外，由于近些年人們亂砍亂伐造成的水體流失，用水量的增加和可用水資源的逐年減少，迫使水廠必須從較遠的地方取水，大大增加了建設投資。

因此，為了利用凈水廠的規模經濟效應，應以集中建廠、實施區域供水為宜。

2區域供水研究的內容及方法

2.1區域供水現狀

一般市區的供水由市屬自來水公司和部分建制鎮的自來水廠承擔，對此，需要調查各個地區的供水水廠供水能力、水廠取水水源、實際供水量、服務總人口、自來水普及率等。

2.2區域總體規劃

現代區域供水規劃作為城市整體規劃的一部分，應符合城市發展的要求。規范的供水規劃產生于最近的50年，最近的相關文獻表明區域供水規劃更加趨于區域性、綜合性。綜合的區域供水規劃不但要滿足一定區域的供水需求，還要考慮到土地利用、人口增長、環境影響等綜合因素。同時，供水規劃在一定程度上對一個城市或區域的未來發展也具有重大的影響[4-5]。

2.3管網水質保障

在出廠水水質達標的情況下，供水管網水質二次污染控制是水質安全保障的重要內容。管網水質變化的影響因素有水質穩定性、消毒方式、管網中水力條件、管網運行管理、管材等。

2.4分質供水

根據對分質供水對象的研究，潛在的分質供水種類可分為城市污水再生利用、工業原水利用、雨水利用和海水利用等。

（1）污水再生利用方案。污水再生利用主要為河流景觀生態用水、綠化用水、工業用水、農業用水等。根據污水處理廠布局，可在各自污水處理廠內相應建設再生水廠，供給水廠附近用水。

（2）工業原水系統方案。工業原水供給必須具備這幾個條件：用戶有使用原水的需求，且在一定區域內形成需求的規模效應；水源能夠滿足水質、水量及供水保障率的要求；用水成本較使用凈化水低。

（3）雨水利用方案。在多雨地區，可以考慮使用雨水作為中水水源，某些地方可以考慮雨水處理后作為生活飲用水源。

（4）海水利用方案。對于瀕海地區，海水的利用可考慮作為臨海工業園區企業工業冷卻補水，以及海島利用海水淡化和海水沖廁技術來補充海島淡水的不足。其中工業冷卻補水可結合工業門類，采用海水主流冷卻技術或者海水循環冷卻技術。

2.5區域供水優化方案

區域供水的供水范圍和水量規模一般都較大，全面實施的工程量也很大，不僅需整合現有水廠，新建、擴建區域水廠，還需鋪設大量管道和建造增壓泵站，投資費用昂貴。因此，區域供水工程設計時，應根據城市總體規劃和各鄉鎮的用水需求，實事求是地對供水范圍、近遠期用水量標準、管線布置形式等認真分析、深入研究、統籌規劃，充分利用現有供水設施，近、遠期結合，而首先著眼于近期，既滿足于近期用水的需求，又要適應今后遠期發展的可能。

2.6多城市的協同供水聯合調度

由于區域水資源系統結構復雜，影響因素眾多，各部門的用水矛盾突出，研究成果以多目標和大系統優化技術為主要研究手段，在可供水量和需水量確定的條件下，建立區域有限的水資源量在各分區和用水部門間的優化配置模型，求解模型得到水量優化配置方案。

對于建立區域供水模型，首先應考慮區域范圍內各用水類型的劃分。在Messele Z.Ejeta和Larry W.Mays所著論文《區域供水規劃及能力擴展模型》中，將用水類型包括市政用水、工業用水、水力發電用水、灌溉用水、畜牧場用水、休閑場所用水、水產業用水、環保用水還有補給水，然而，一般考慮的水資源有徑流、地下水、降水、跨地區調水、回流水、排水。模型中用到的各種方程如下：

連續性方程

一個地區被劃分為I個區域，劃分的依據是該區域是否有至少一個導流或者回流。在每個區域里，有J個考慮因素。這種方法能夠逐個區域地模擬整個地區。

為了改進連續性方程，就是通常所說的質量守恒方程，我們隨機選取一個區域i ,考慮跟區域i有關的所有可能的水流和有導流或回流的點。方程表示如下：

其中：Qrkji――從區域k中的需求點j到區域i的回流量（k/=i）

Qskji――從區域k中的需求點j到區域i的回流水的滲流損失（k/=i）

Qdij――從區域到需求點j的轉向流，j表示需水點（i=1,2,....,I ; j=1,2,....J)

Qdsi――i區域下游末端的流量，也就是在區域i流入引水點的徑流，在這里叫做節點

Qusi――區域i上游末端的流量

n―一回流在排入主水道之前流經的最大區域數量

加上地區內上游下游末端的回流的邊界條件，方程適用于所有區域。對于每個需求點，可以有如下的連續性方程。

其中：Qsij――區域i內到達節點j的沿途滲流損失

Qpij――區域i供給節點j的水量

Qlij――區域i內節點j的耗水量

同時，在各個區域，有如下連續性方程：

其中：Qbi――向區域i的調水量

Qppti――流入區域i的降雨

Qsi――區域i內的徑流滲流損失

水質方程

區域供水中一個典型的水質參數是總溶解性固體（TDS）。我們以此參數作為例子改進水質方程，通常，我們可能會考慮多個參數，但這些水質方程的形式是類似的。

區域i中水的導流點的約束表達如下：

其中：Crkji――在Qrkji中的水質參數

Cdsi――在Qdsi中的水質參數

Cwi――在Qdij中的加權水質參數

假設完全混合條件下，流出節點的水質不變（Yang etal，1999)。那么，下列等式在區域i的導流點也成立。

定義Cwij為區域i內任意需水點j的加權TDS濃度，需水點j的約束條件為：

我們可以得到每個區域的類似的入流方程

假設在區域中TDS的濃度變化為線性的，平均的TDS濃度用來計算滲流損失。

徑流調節

每個區域都可能有導流和泵站供水，每個區域也有可能存在到另一區域的回流水。但是，這不是實際情況，因為，一個區域的需求點不可能與另一區域的相等。引入取0或者1的參數，來管理每段管線的流量。當管線中沒有流量是，參數取0；否則取1。唯一的例外，入流Qusi和Qdsi不需要這個參數，因為這是參數值總是1。使用這個參數在做敏感性分析時有好處，可以通過開啟或者關閉所有不確定的設備來優化模型。

令Kdij為Qdij的參數，Kpij為Qpij，以此類推。那么，以上的連續性方程和水質方程可修改為：

額外的約束條件

除了質量平衡約束，還有考慮自然的和資源的約束。費用支出限制了泵站抽水的量。環境法規要求任何地點的TDS的水平應低于某一值。這些約束條件可以表示為：

其中：A――常數

B――常數或者泵抽水的量

C――常數或者供水中的質量參數

C（KpijQpij）――區域i中需求點j的泵的費用

目標函數

目標函數可以表示為水源在各個需水點的分配所獲得的利潤、成本以及由每個用戶水質差所造成的損失的線性組合。我們定義P（Qdij，Qpij）為供水的利潤函數（包括地表水和地下水），C（Qdij，Qpij）為成本函數，D（Cdij，Cpij）=D（Cwij）為損失，目標函數表示為凈利潤Z的最大值[14]：

隨著社會的進步以及城市化的發展，按行政區域劃分的供水模式終將不能滿足人們的需求，在城市集中的區域發展多城市的協同供水可以極大地節約供水成本和基建費用。

為了實現多城市的協同供水，首先應將一個城市的供水管網與周邊鄉鎮的小規模的供水管網聯網，將鄉鎮小的水廠改為增壓泵站。進而將城市邊緣的供水管網與其他城市的供水管網聯網。多城市協同供水涉及到多個水廠的聯合調度，應設計好優化調度的方案，保證各水廠出水水質的統一。

2.6.1不同水庫群聯結方式及其特點

在水庫群之間、水庫與用水戶之間，由于其水源補給與調劑關系、用水戶與水源之間對應關系的不同，可以將水庫群聯結方式分為：串聯方式、并聯方式和混聯方式[15]。

串聯方式：天然入流同步性較好，上游水庫的調節作用改變下游水庫的入流過程。在供水方面，只有上游水庫才能補充下游水庫用水戶需水要求。

并聯方式：天然同步入流同步性較差，水文補償調節作用明顯。在供水方面，當有共同供水目標時才能發揮互相補充的作用。

混聯方式：發揮入流組合的多樣性，水資源調蓄能力更明顯。在供水方面，有共同供水目標時，供水效益明顯。

2.6.2水庫群優化調度的結構模型

利用大系統分解協調技術和線性規劃相結合的方法建立水庫群優化調度模型，提出了2層2級結構的遞階模型[16]。

圖中Mi為第i個子系統t時段的協調變量；f(Mi)為第i個子系統t時段的協調變量反饋給總體協調層的目標函數。

第1級，根據水庫與用戶聯結關系劃分的供需子系統。每個供需子系統包括水庫（群）系統、輸水系統及用水戶系統。本級采用模擬模型將總系統下達的供水量進行模擬計算，并返回相應的目標函數值（棄水量）。

第2級，整個水庫群系統。把這一級作為整個系統的平衡協調和決策級。按大系統遞階分析的關聯預估原理，協調級預估各子系統的供水量，并將其分配給各子系統，各子系統按第1級模型進行模擬計算，并將求得的解（棄水量）反饋到第2級，按整個系統的優化目標修正各子系統的需水量，直到達到目標最優化（棄水量最小）為止。

2.6.3水庫群優化調度的數學模型

（1）子系統數學模型

考慮到系統優化的主要目標是提高供水能力，因此將棄水量最小作為子系統優化調度的目標[17]。由于各子系統的功能（供水為主要目標）較相似，因此采用統一的數學模型，對于第i個子系統建立目標函數。

式中：mi為總系統下達給子系統i的需水量；qs(j,t)為j水庫t時段棄水量；n為i子系統中水庫個數。

約束條件包括水量平衡約束、水庫蓄水量約束、工程供水能力約束、非負約束等。

當子系統內某時段出現多個水庫能同時滿足某一用水戶需水時，從滿足水資源需求量的角度來說，無論哪個水庫供水至需水戶，只要總量滿足即可。但是，對于各水庫的運行結果，由于不同水庫當前蓄水狀況及下時段的來水情況不同，則存在優先使用哪個水庫的水資源問題。為確定供水優先順序，可引進控制變量。

式中:vkong(j,t)為j水庫t時刻空庫容；q(j,t+1)為j水庫第t+1時段的來水量。

α越小表明面臨時段的產生棄水的可能性越大,應優先取用該水庫的水資源。

（2）總系統數學模型

將整個水庫群作為系統的第2 層即大系統協調級，這一級主要解決全系統總的需水量在各子系統間的最優分配問題。

大系統總的優化目標與子系統優化目標一致，為全系統棄水量最小，函數表達式為：

式中:mi為子系統i需水量；n為子系統個數。

約束條件有：

1)總需水量約束：各子系統需水量之和等于總系統需水量。

式中: xs為總系統需水量。

2)需水量約束：各子系統需水量不大于子系統供水能力。

3)非負約束。

3優化調度系統中的新技術

給水管網優化設計計算、水力與水質模擬、管網優化調度、信息化和智能化運行管理及信息網絡構成了當前給水管網新理論與新技術研究和發展領域，以信息技術和智能化、自動化控制為目標，運用PLC、SCADA和GIS技術，構成了完整的節約能量、節省人工、減少漏損、保護水質等現代科技管理系統，形成了給水管網運行管理和優化調度領域高新技術產業方向。應用計算機技術提高給水系統管理和運行的水平越來越受到國內給水企業的普遍重視。[21]

3.1目前給水調度系統中應用的技術

3.1.1 SCADA系統

SCADA系統對于供水行業來說已遍及各個領域。從泵房、加藥間到管網的監測點，甚至可以用于多個水廠的聯合調度，在供水系統中具有重要的作用。SCADA 系統的功能和特點包括：

（1）集中管理，分散控制。包括就地手工控制，即通過控制箱的控制按鈕進行控制；分站PLC控制，用各地的PLC分站對各站的情況進行控制，在中央控制室有故障時可以進行控制；中央控制室集中控制，對泵站、水廠以及供水管網進行綜合控制。

（2）通訊能力強，系統的可擴張性和開放性強，具有豐富的畫面顯示功能，具有報警和保護安全處理功能，可以自動進行報表處理及遠程控制；具有強大的系統組態功能，可以進行數據庫的管理，繪出各個監測點的運行曲線，驅動大型模擬屏的顯示。

（3）SCADA系統適用于大型系統的管理與調度，在較小的區域應用使得問題復雜化，且實際應用并不現實。所以它與別的調控方法一起使用會得到更好的效果。

SCADA的出現使得網絡在供水企業內部以及供水企業之間、供水企業與其他行業之間的網絡通信成為現實，在供水行業的運轉效率上是個大的突破。

3.1.2 EPANET

EPANET是對城市給水管網進行仿真模擬的軟件，用于計算和模擬有壓管網中水壓和水質變化。該模型可以模擬管道內的流態、節點的壓力、水箱的水位，以及管網在不同時間段的余氯濃度。在實際應用中，可以根據已經監測的管段對整個管網進行動態模擬，對水質及水壓做出正確的估計，對水廠的加藥量做出合理的判斷。

3.1.3 GIS

GIS（Geographic Information System，地理信息系統）是20世紀60年代中期開始發展起來的新技術，是集計算機科學、地理學、測繪遙感學、環境科學、城市科學、空間科學和管理科學及相關學科等為一體的新興邊緣學科，它不但成功地應用于測繪、制圖、資源和環境等領域，而且已成為城市規劃、公共設施管理、工程建設等的重要工具。

3.1.4 遺傳算法

遺傳算法是基于生物進化機制的全局性概率搜索算法，它抽象于生物體的進化過程，通過全面模擬自然選擇和遺傳機制，形成具有“ 生成和檢驗”特征的搜索算法，最初由美國Hollad John H 教授提出。

遺傳算法是一種擴展性能極強的算法，可以利用所需解決問題的有關信息，通過對各種選擇模式、遺傳算子的修正和改進，對特定問題進行求解。將遺傳算法應用于城市給水環狀管網優化調度，具體步驟為：

（1）利用水力條件來對若干組管徑值組合的合理性進行判斷，得出問題域。

（2）定義管徑優化問題的目標函數，確定求解變量的定義域，選擇適當的編碼格式，表示優化問題的解。

對于環狀給水管網優化設計，以管網的經濟性為求解的目標函數，即：

minZ(D) =ΣC(Di)Li

式中，Z(D)――管網費用函數；

C(D)――與管段管徑D有關的費用系數；

L――管網管段長度；

i――管段編號。

按照遺傳算法的基本實現技術的要求，在應用中可將管網優化的求解變量管段管徑值表示成一串數據或數組的形式，即編碼。依據標準管徑數量的多少，通常可以將管段標準管徑值用一個3位或4位的二進制字符串代替（亦可采用其他編碼方式），然后根據管網管段數，組成若干位的二進制字符串來表示求解變量，形成優化問題的一個染色體。

3.2 有待發展的技術

3.2.1 ANSYS 技術在給水管網中的應用

有限元分析系統ANSYS（Analysis System）可以對各種物理場量進行分析，是目前世界范圍內唯一能夠融結構、熱、電磁、流體、聲學等于一體進行有限元分析的分析軟件。

對于供水行業來說，漏損是個最重要的問題，漏損的原因比較多，但是主要的原因是管道的受壓導致漏損。所以，要研究管道受壓漏損的情況，需要對管流進行層流分析、湍流分析以及外部受壓分析，而ANSYS是一種可以全面模擬的軟件，它可以進行內流和外流分析，管道結構的動力分析，在管網設計與維護中都將會起到重要的作用。

3.2.2 Kalman 濾波理論在給水管網中的應用

現在，Kalman 濾波理論已經應用于長輸管道的漏點定位，在這個基礎上經過適當的數學模型加工，可以用于給水管網中漏點的監測。

具體過程是：將管道流動的過渡流模型轉化為狀態空間模型的描述，以管線沿程流量、壓強水頭為狀態變量，管道進口壓力和出口流量視做非線性動態系統的控制輸入，進口流量和出口壓力觀測序列構成系統的測量向量。線性化非線性模型，用擴展的Kalman 濾波器結合雙曲偏微分方程特征線數值解法估計泄漏尺寸與位置，并模擬出管道流體的壓力流量過程及其沿管道的分布。在長距離輸氣與輸油管道中，這個模型已經實際應用驗證是很好的，表明此法模擬的管道流動狀態很快收斂到穩定狀態，并且泄漏尺寸估計與真實值相當吻合。因此引入擴展的Kalman濾波能夠提高過渡流模擬管道非定常流動的準確性和跟蹤能力。

3.3先進技術的有機結合

目前，自動化和網絡化已經成為各大生產部門的共同特點，對于供水行業來說，不同的技術在應用中起到不同的作用。幾種新技術的聯合應用可以極大地提升通過圖形和系統調度的功能。例如：

（1）ANSYS與AUTOCAD兩種軟件的結合，使得在設計中可以更好地考慮到管道的受力作用，提高給水管網的可靠性和預見性。

（2）SCADA系統與Kalman理論以及BP 神經網絡相結合，可以在總體上把握漏損的情況，在最小的停水區域內對給水管道進行檢修和補漏。

（3）GIS與GPS相結合，可以在調度室內外對管道、閥門進行定位、檢修，最大限度地減少損失。

4結束語

區域供水是城市化進程中的重要部分，是市政供水行業未來發展的趨勢。通過整合區域內的資源、經濟，形成多城市協同供水聯合調度的局面，使一個區域的供水得到根本性的保障，最終形成區域一體化的發展模式。

4參考文獻

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水廠調度方案范文第5篇

撈刀河綜合治理方案，該段河道位于星沙新城區的規劃范圍內，河道堤防洪水設計標準為100年一遇，因此，擬建攔河構筑物行洪標準為100年一遇，相應設計流量4　326．7m3／s。

2蓄水

從對農田排水、河道供水、河道水質等多方面綜合分析不同水位的影響，本次設計選取兩種蓄水位，即32m及33m分別進行分析論證。農田排水：設計蓄水位抬升至32m及33m時，上游三合垸將增加受澇面積1．18km2，增加排漬面積共6．41km2，通過新建排水箱涵和排澇泵站，可使建成區治澇標準達到2年一遇，使非建成區農村達到10年一遇1d暴雨1d排至地面無積水的排水標準。河道供水：經計算，水渡河～赤石河壩段的水位容積曲線如下表1所示，水渡河壩現狀正常蓄水位30．5m，相應庫容為338．3萬m3。如水位抬高到32m，增加庫容220．4萬m3；水位抬高到33m，增加庫容442．2萬m3。另外，星沙水廠的取水口位于撈刀河支流雅河，水位抬高到32m雅河增加調蓄庫容48萬m3，水位抬高到33m雅河庫容增加80萬m3。通過抬高水渡河壩，可以達到提高星沙水廠供水保證率的目的。　河道水質：由表2，蓄水水位分別為32m和33m時，雅河對應的交換頻率分別為0．31和0．27d／次，即交換一次分別需要7h和6h。抬高水位后，通過控制雅河的進出水閘門，干流上游來水通過自流進入雅河，較大地提高了星沙自來水廠前池（雅河）的交換頻率。　通過上述分析比較，確定水渡河河壩蓄水位為33m。

3閘址

比選本工程選址，主要從施工、對環境影響、經濟性這幾個方面來考慮，共選擇了4個閘址進行方案比較。方案一：水渡河橡膠壩原址重建。利用雅河導流，不需要征地；建閘后蓄水位抬高，不利于星沙水廠雅河水體交換；三合垸雨水引排箱涵最長達2　500m，單項工程費用最大；工程造價約11　442萬元。方案二：在雅河進出口之間異地新建。河道開闊，主槽右岸為灘地，本水閘施工期導流渠布置在堤防內灘地上，不需要征地；新建水閘蓄水位抬高后，有利于星沙水廠雅河段水體交換；工程造價約9　800萬元。方案三：雅河入口與松雅湖取水口之間異地新建。施工導流明渠布置在右岸大堤外空地上，需開挖導流渠，填筑導流堤。需臨時征地6．8萬m2；不利于星沙雅河水體交換，向星沙水廠輸水，另建1　000m輸水箱涵，費用較大。工程造價約11　338萬元。方案四：改造赤石河壩。該壩址不利于星沙雅河水體交換，向星沙水廠、松雅湖輸水，需建10km輸水箱涵，自流困難，工程復雜，投資巨大；赤石河壩控制流域面積小，難以同時滿足星沙水廠和松雅湖需水量。綜合考慮上述因素，方案二在施工導流、經濟性方面占優勢，并且能夠促進雅河水體交換，提高星沙自來水廠的水質，故選擇方案二為推薦方案，既新壩址選在雅河進出口之間。

4閘型

比選本工程水閘底板高程24．5m，閘門擋水高程33m，閘門高8．5m，100年一遇洪水位39．33m，從防洪、景觀、運行維護的角度，幾種閘型進行了分析比較，綜合確定閘型。由表3比選結果，選擇升臥式平面鋼閘門＋固定卷揚機作為本工程的閘型。

5布置方案

比選本工程提出兩種方案：方案一：水閘＋溢流堰。閘室橫向軸線與河道水流方向正交，結合地形，在河道主槽新建閘室，保留右岸灘地且新建溢流堰。方案二：船閘＋水閘＋溢流堰。在方案一的基礎上，右岸增設一孔船閘，其余布置同方案一。現狀撈刀河由于水渡河橡膠壩，不具備航運能力。新水渡河閘竣工后，拆除橡膠壩，若在新的水渡河閘上加設船閘，可使撈刀河河口至赤石河壩20km的航道全線貫通。但新水渡河閘上游為星沙自來水廠取水的水源保護區，船只通航后可能會對水體造成污染。因此，將方案一作為推薦方案。

6結構形式比選

6．1水閘孔數的確定

閘址處河道主槽寬128m，河道主槽右岸有160m寬灘地，結合現狀地形，閘室總凈寬為96m，與河道主槽寬度的比值為0．75。為優化工程調度方案，較少攔河閘啟閉的頻率，利用小洪水沖砂，水閘布置采取大小閘結合的方式，即較大寬度的泄洪閘與較小寬度的沖砂閘結合布置。根據水閘地勘成果，閘底板坐落在巖基上，故閘室的單塊長度不超過20m，初步擬定泄洪閘單孔凈寬為16m，沖砂閘單孔凈寬為8m，對稱布置。根據《水閘設計規范》（SL265－2001），當閘孔數少于8孔，宜采用單數孔，當閘孔數超過8孔時，也可采用雙數孔。泄洪閘設計初擬5孔、7孔、9孔、10孔4種孔數方案進行比選。通過表4的比選結果，方案一投資最省，因此水閘閘孔采用泄洪閘5孔，每孔凈寬16m；沖沙閘2孔，每孔凈寬8m，布置采用1孔泄洪閘＋1孔沖沙閘＋3孔泄洪閘＋1孔沖沙閘＋1孔泄洪閘的形式。

6．2分縫形式的確定

水閘閘型采用開敞式，平底板布置。閘室總凈寬96m，共設閘門7孔，其中沖沙閘2孔，單孔凈寬8m，泄洪閘5孔，單孔凈寬16m。考慮水閘底板坐落在巖基上，故閘室的分縫長度不宜超過20m，為合理選擇水閘分縫位置，提出兩種方案進行比選。方案一：永久縫設在閘墩上，閘墩與底板固結在一起形成Π型結構，水閘的中墩均為縫墩，每一孔閘作為獨立整體，邊墩厚2．0m，各縫墩厚度均為1．70m，計入逢寬20mm，攔河閘總長度120．52m。方案二：永久縫設在每孔閘閘底板中間，閘墩與底板形成T或L型結構，邊墩厚1．8m，中墩厚為2．2m，攔河閘總長度112．8m。通過表5的比選結果，方案二較方案一節省投資453．3萬元。擬建閘基坐落在強風化礫巖上，下部為弱風化礫巖，地基承載力較好，各閘塊基底彈性模量相近、地基沉降量相同。因此選擇方案二布置水閘順水流向永久縫，永久縫設在每孔閘閘底板中間，閘墩與底板形成“T”或“L”型結構。

7水閘總體布置

水閘工程順水流方形總長144．58m，自上而下為上游連接段20m民，上游鋪蓋段15m，閘室段21m，下游消力池段38．5m，下游鋪蓋段10m，下游海漫段40m。閘室由5孔泄洪閘和2孔沖砂閘組成，總凈寬96m。結合現狀地形，閘底板高程26m。閘室右岸溢流堰寬160m。閘門采用下游升臥式鋼閘門，下游側閘墩頂高程主要由閘門開啟過洪時閘門不脫槽來確定，閘址處撈刀河100年一遇水位為39．33m，為防止漂浮物撞擊，閘門開啟后閘門底緣或橋板底緣與洪水位凈空高取1．5m，取擬閘門開啟后底緣高程為41m，閘墩頂面高程為42．5m。為了減小工程量，上游側閘墩頂高程用正常蓄水位33m加波浪計算高度0．42m與相應安全超高0．5m確定，計算為33．92m，取上游側閘墩頂高程為34．0m。

8結語