城市供水系统的优化调度与智能控制策略探析

王东晓

[摘要]随着我国的现代化脚步不断加快，供水系统也在不断地升级改造，供水设施是城市发展的基础，要想让城市加快发展的步伐，基础设施方面一定好做好相应的配合。为了缓解城市供水压力，实现高效高质量的供水调度，文章从优化调度以及智能控制两个方面对城市的供水系统进行了详细的分析和介绍，希望对我国今后的城市发展有所裨益。

[关键词]城市供水；优化调度；智能控制

[DOI]1013939/jcnkizgsc201717301

1供水系统的优化调度

水是人类的生命之源，城市要想得到稳步的发展，就必须做好基本设施的建设，所以，供水系统的重要性不言而喻。我国的城市供水现状已经有了很大的改善，但是随着工业的不断进步，城市供水污染也越发严重，水质差加上水资源的利用率较低，使得我国的城市供水压力越来越大。迄今为止，我国的供水系统已经达到了一定的规模，同时，其复杂性和调度方式也提出了更高的要求，管理上变得更加棘手，小的错误也会影响到居民的正常供水。所以，在经济发展的同时我们必须注重对供水系统的升级改革，引进高科技管理方式，在自动化的基础上，增加我国供水系统的精准性。

11总体概论

当前，我国的城市供水系统相对复杂，有新建设的供水系统的历史遗留的旧管道。优化调度实际上就是在水压相对稳定，基本水质都达标的情况下实现正常的基本供水，此过程需要检测相关的供水信息和利用精准的数据进行模型的搭建，对某一时段的需水量进行预测。最终，在预测的基础上结合城市供水管道和优化模型进行供水设计，考虑实际情况进行相关的调度方案，将社会经济效益最大化提升。

关于上述的优化调度，基本由三部分组成：第一，对用水量进行预测。结合地区性的供水区域，对各时段的供水量进行统计，做好最基础的调查，要进行调度决策，首要内容就是做好适当的预测，保证用水量得到准确的预测。第二，进行管网分析。在进行管网分析的过程中涉及两个方面，微观和宏观。管网是供水系统中的基础，是供水系统的途径，作为承载者，对管网系统的分析才关系到调度分配的合理性。因此，在经过合理的调查研究之后，才能制定合理的供水决策。第三，调度模型。在调度决策中，包括直接优化和两级寻优。在经过设计模型之后，可以直接反映出供水系统的优化合理性是否实现利益最大化，所以，在施行供水之前，一定要制定科学合理的调度决策模型。

12对用水量进行预测

要进行合理的优化调度，就要对用水量进行精准的预测。我国的城市供水系统中基本都安装在线监测系统，对于用水量的调查可以进行适当的参考，对实时动态的分析和考察，可以作为调查的依据，在借助数学模型的算法，对将来的用水量进行适当的分析。在模型选择上，可以参考灰色预测法、人工神经网络法、回归分析法和指数平滑法，这几种数学模型在当前的调查分析中比较常用。

在发达国家中，对供水量模型的研究已经有了很长时间的实践，在某些方面取得了显著的效果。例如，构建回归模型中，可以通过对降雨量和当时的温度进行分析，得出需水量的预测结果；在澳大利亚的墨尔本市，经常借助时间序列模型对当地的降雨量进行预测，结果非常有效，还可以进行更加深入的研究，将时间序列中加入一些灰色模型。在近几年的实践和研究中，对用水量的预测力度不断地加大，进而出现了很多的研究方法，对我国的一些实践也提供了参考。例如，在重庆某地区，利用BP神经网络进行每月用水量的预测；在深圳市利用灰色模型进行预测，在普通的灰色变量中进行升级和改进；也有的地区使用RBF组合进行测量，发挥了这种模型的双重优势，可以在更大程度上保证精准度。

13供水管网的模型搭建

在进行预测的过程中，要进行模拟管网的运行，在相关模拟的信息上进行实际操作，为优化调度做好調查工作。任何建设的模型设计阶段都是非常重要的，同时也是进行优化调度的重要保证。

131微观模型

在经过一段时间的调查分析之后，在水力学原理的基础上进行连续性方程的建立，包括能量方程以及管段水头的损失方程，对需要研究的信息进行全面的统计，将统计结果进行适当的模型构建。这种微观模型的适应性较强，能够在多变的供水环境中适应供水量的多变情况。

在资料库方面，微观模型显得更加齐全，管网的拓扑结构相对于其他模型比较清晰，能够通过最真实的环境反映整个供水系统的整体结构。但是，在我国当前的供水量技术还是需要继续完善，提升网管系统的规范性和科学性，所以，近些年针对这方面的研究从未间断。

132宏观模型

在网管内部的水利关系网非常复杂，影响因素有很多，在本小节的讨论中暂且将其省略。在宏观模型的设计初期，使用统计分析方法和适当的理论模型建立输出量和输入量的相对关系网，利用适当的数学模型建立函数关系式。在这种模型的构建研究上，20世纪70年代就已经提出，经过国外多年的研究，现在的结果已经可以完美地被使用。所以，当今社会，很多专业学者都以宏观的水力模型建设为基础，进行研究实践。

14模型和算法

在城市的供水设备中，有一定的差异性，目标众多，需要注意的方面也很多。在优化方式上，存在直接优化和间接优化两种形式，在数学模型的使用上，也由两部分组成：第一，目标函数。其含义是能够维持供水系统正常运行的数学表达式，将消耗成本直观地体现出来。第二，约束条件。就是在进行城市供水优化的时候，对供水能力、水力平衡和用户的水压条件等形成一定约束的情况。

近年来计算机技术在各方面都得到了一定的普及，在供水系统的研究上也发挥了重要的作用。例如国内的系统研究中，就使用了蚁群算法进行多目标的调度优化，相对于遗传算法来说，更加有优势。

2智能控制方面

在我国的大多数城市建设中，对于供水系统的建设还是存在较为分散的现象，传统的调度方式不能够顾全大局，效率相对低下，虽然能够实现居民的正常供水要求，但是不能算作优化调度。我国目前的水利管理中，有以下几方面的不足之处：一是在运行数据方面缺乏一定的完整性，量化模式难以开展；二是在实行参数测量的过程中，实际方法较少不能进行整体的分析；三是一旦调度失败就会产生供水不均的情况；四是容易造成供需不协调。

在此，介绍一种智能检测系统，用于我国城市供水系统的远程监控，在构成上分为三个部分：一是数据中心。数据中心的构成主要是采用上位机和PC端构成，在工作中实现数据的接收功能存储显示功能和打印输出功能等，最大限度地方便了监控中心的监督管理工作，对供水预警和客户端的实时访问都有很大帮助。二是管网监控。利用智能系统的监控功能，将供水方面的压力、供水流量和水表数据进行实时的显示，精准地将数据存储到终端中，节省了人力资源，提高了供水设备的精确性。在对管网实施监控的过程中，要将精准度放在首位。三是用户的手机端。随着智能手机的普遍，人们的生活方式有了极大的改变，通过智能手机的数据访问系统可以实现对采集现场的数据实时编辑，利用手机终端实现供水系统的智能化操控，极大地方便了工作人员。这种系统操作简便，相对容易维护，具备简单的电脑操作水平就可以实现实时监控。性价比较高，在实际应用的过程中受到了一致好评，值得大力推广。

3结论

随着我国城市化的脚步不断加快，对城市供水的要求也不断升高，用水量逐年递增，相关的管理工作变得更加复杂。为了使我国的城市供水系统能够跟上时代的步伐，减少不必要的消耗，我国应该在现有的供水形式上进行不断的升级，转变传统的供水模式，实现城市供水的优化调度。在控制系统方面，逐步实现智能化操控，解放人力的同时，让我国的供水系统在预测需水量方面更加地精确化，根据各个城市的实际情况进行现代化设备的选择，利用高科技的现代化设备，对我国的供水系统进行升级改造，实现智能化控制。

参考文献：

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