小城镇给水管网优化调度管理研究

李华

【摘 要】供水工程是城市的重要基础设施，是社会生产和人民生活的命脉，在保障经济建设和人民生活中发挥着重要作用。本文结合我国小城镇供水管网系统的特点，对小城镇给水管网优化调度管理进行了探讨。

【关键词】小城镇；给水管网；优化调度

一、小城镇供水管网特点

随着工业生产能力的提高，小城镇人口不断增加，人民生活水平的不断改善，对城市供水系统的要求也越来越高，小城镇供水管网的特点主要体现在：1、供水管网系统规模小，时变化系数大。小城镇相对大、中城市经济落后，人均综合用水定额比大、中城市小，管网系统规模小，管道直径小。小城镇供水系统由于其规模小，用水不均匀，昼夜用水量变化大。2、供水管网建设薄弱，管网材质差。小城镇管网建设基础薄弱，发展不平衡。有些管网使用年限过久，急需更新改造，且经常发生爆管漏水事故，造成自来水公司的严重亏损。3、供水能力不足，供水可靠性差。此外，小城镇管网多为树状网，管网各个部分之间流量调节能力较差，供水可靠性差，且能量浪费严重。4、给水设备运行效率低，能量浪费严重。小城镇管网规划不尽规范或建设不到位，管网布局不尽合理，不少单位自建水井和水塔，以至于城镇水塔林立却不互相连通，造成给水设备效率低；各种给水设备常年不更换，造成有些设备无法正常使用，管段阀门无法调节关闭的现象比较普遍。此外，由于水泵配置的不合理，夜间供水量减小时无合适的水泵机组运行，导致出厂压力、管网压力很高，浪费极大。 5、管网调度不及时，运行管理困难。当前小城镇供水技术管理力量不足，对调度工作不够重视，技术人员偏少，运行调度人员素质偏低，很少配备专业调度机构，造成发生管网漏水爆管等事故时检修不及时，以至于渗漏等现象严重。此外，小城镇供水管网地理位置分散，给供水管网的运行调度管理增加了一定的困难。

二、小城镇给水管网优化调度管理的措施

1、短期用水量预测

（1）小城镇短期用水的影响因素

小城镇短期用水量是随机变化的，这种随机变量受很多因素的影响，主要有：①自然增长规律的影响，在考虑社会的发展和人民生活水平的提高及国民经济的增长等影响量对预测的影响时，年用水量具有逐年提高的趋势，而这种变化相应于时、日用水量的变化来说却是缓慢的，因此以近几时、近几日用水量为基础，或以前一天用水量为基础构成的基本负荷，对未来时、日用水量进行预测，就等价于将这种微变的增长因素考虑在内。②节假日、季节的影响。通常来说，在节假日，居民生活用水量急剧增加，但工业与其他用水量有所减少。因此，对于无工业或工业少的小城镇总用水量表现为增加，工业多的小城镇总用水量表现为减少。而随着季节的变化，人们的生产、生活习惯也会随着变化，如冬季一般用水量较少，夏季较多。③气象因素的影响。气象因素是导致短期用水量变化的主要因素，一般随气温上升，用水量随着增加；而晴天较雨天用水量大等。④管网突发事件的影响。由于管网检修和抢修等人为因数的影响，会使用水量明显下降，而因管道破裂爆管等会造成管网中的水量流失，而且流失水量无法计算，都包括在总用水量中，会使用水量明显增加。

（2）小城镇短期用水量预测手段

①收集数据资料，对数据进行预处理。尽可能完备地搜集历史用水量及其相关因素的信息资料，在调查研究的基础上，进行推理判断。供水系统用水量数据为一维的随机非平稳过程在用水量序列中，由于随机性因素的影响产生不同于历史运行方式的异常点，因此，在利用这些数据之前，必须进行异常数据的剔除，去除“伪数据”的影响。②对数据资料进行定性分析，建立预测模型。对所收集的小城镇用水量数据资料进行整理分析，在定性分析的基础上，分析小城镇用水量的结构形式及其变化趋势，提出假设和相应的预测模型，并估计出模型中的参数值。③检验预测模型，进行预测。模型参数估计后必须经过检验才能用于预测。如一个较好的预测模型往往又供水历史数据的拟合性能好、对未来预测能力强、自适应能力强，且随着条件郎变化，模型参数能动态的调整和修改。④分析预测误差，评价预测结果。如果预测误差未超出允许的范围，即认为模型的预测合乎要求，否则就需要分析原因，对模型进行修正和调整。由于在小城镇用水量预测中，其未来实际值还不知道，此时的预测误差分析只能是样本数据的历史模拟误差分析或已知事后预测误差分析。

2、小城镇供水管网工况分析

供水管网是由泵站、管网和调节构筑物等组成的，拓扑结构复杂、规模庞大，具有时变性、随机性和不确定性，运行控制为多目标的大系统。要模拟出来系统的工作状况，掌握系统的动态运行规律，求出表征系统工作状况的一些特征参数，如管网中的节点流量、压力、水源（水厂、泵站、蓄水池等）的出水流量和压力等参数，则必须建立管网的数学模型，通过数学模型来模拟出新的调度方案下的各种参数来确定管网的工作状态，为优化调度提供重要的管网实时变化信息。供水管网系统的工况分析要注意以下几方面：①水流方向及供水路径。了解某一时刻每个管段中水流的流向，从而把握整个管网的实际供水流向；了解任意一个节点的主要供水水源及流经的主要管段，由此来判断管线布置和供水的合理性。②运行负荷。将当前管网中某个管段内的管段流量与相同管径的界限流量相比较，判断其是否在此范围内。小于下限流量，定义为低负荷，此时没有发挥设备的能力，不经济；大于上限流量，定义为高负荷，不仅水头损失大，浪费电能，而且易发生漏水和爆管事故。③等水压线。绘制出平差时刻的自由水压线，根据疏密程度和均匀程度判断其运行是否合理，有助于发现管网中的“瓶径”管段或“卡脖子”管段。④自由水头满足区域。将当前管网中每个节点的节点自由水头与该点的用户所需水头相比较，如果前者大于后者，则为水压满足，如果前者小于后者，则为水压不满足。根据各个节点的水压满足情况，绘制出管网中水压满足情况的区域图，从图中很容易找到“低压区”。

3、小城镇供水管网运行方式选择

不同区域小城镇供水管网系统形式不同，造成管网运行方式复杂多样。目前部分小城镇采用地下水直接进入管网的一级供水和清水池泵站加压的供水方式，部分小城镇甚至无独立水厂，其供水主要来源于当地中心城市，这种方式可以视为一级供水方式。由于小城镇用水不均匀，昼夜用水量变化大，时变化系数大，用一级供水方式就不太合适。这是因为供水量要满足最大日最大时的要求，就需要最大时的设备能力，否则就会产生供水不足、水压降低的问题，有些用户就用不到水。或者由于调度不及时，也会产生水压过高或过低，造成管网破坏和用户无水的现象，因此一般不宜采用一级供水方式。为使管网安全、可靠、经济地运行，小城镇供水管网应充分根据管网自身特点和用水要求确定运行方式。建议采用如下运行方式：设置调节设施供水方式、变频调速供水方式、二泵站分级供水运行方式、分区、分压供水以及中途加压供水运行方式等。

三、结语

总之，由于小城镇管网基础资料难以获得，且实际供水管网系统本身的复杂性，该课题涉及面广，是一个难度很大的问题。在今后的研究和实践过程中，应该进一步加强对小城镇给水管网优化调度管理的研究。

参考文献：

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[2]叶堂林.小城镇建设的规划与管理.北京：新华出版社.2004.

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