城市供水系统的优化调度与智能控制

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1、城市供水系统的优化调度与智能控制【摘要】供水系统是城市的基础设施，为缓解当前的供水压力，实现高质、高效地供水，需进行优化调度。从优化调度和智能控制两方面对当前的城市供水系统做了具体分析。【关键词】城市供水系统；优化调度；智能控制1.引言水是生命之源。随着城市化水平提高，城市人口渐趋于饱和，生活生产各方面的用水需求骤增，且水的质量更受关注。作为城市发展的基础设施，供水系统的意义不言而喻。然而，在工业取得进步的同时，环境污染也愈发严重，加上水利用率较低，人们节约用水意识不足，使得城市供水系统面临的压力越来越大。如今，供水规模扩大，增加了系统的复杂性，管理调

2、度愈发困难，稍有不合理，必将影响到正常供水。因此，必须对当前供水系统管理模式加以改善，并引进现代化高科技，对其调度管理进行优化，在自动化的基础上朝着智能化方向迈进，以获得最大效益。2.城市供水系统的优化调度2.1概述7当前城市供水系统颇为复杂，优化调度指的是在水压稳定、水质达标且能够实现正常供水的基础上，根据监测系统获取的供水信息及相关数据构建预测模型，经专业计算对下一时段的需水量进行预测。然后将城市供水管网分析模型与优化调度决策模型相结合，并考虑经济、安全等因素，制定科学合理的调度方案，实现社会、经济效益的最大化。关于优化调度，由以下3部分组成：①用

3、水量预测。包括供水区域内的日/时用水量，这是基础部分，调度决策多以预测结果为标准。所以必须采用科学的预测方法，保证用水量预测的准确性；②管网分析模拟模型。包括微观和宏观两种模型，管网是供水的途径和承载者，其分析结果是否科学直接关系到调度分配的合理性。所以为了制定有效的调度决策，必然要建立客观精确的管网分析模拟模型；③调度决策模型。包括直接优化和两级寻优，以前两者为基础，最终确定优化运行的决策变量，可直接反映出优化调度成果。因此为实现效益最大化，应构建科学合理的调度决策模型。2.2城市用水量预测作为优化调度的前提，用水量的预测显得尤为关键。当前城市供水系

4、统多安装有在线监测装置，可实时获取供水状态。对其监测结果进行统计分析，以此为依据，借助相关数学模型和算法预测下一时段的用水量。灰色预测法、回归分析法、人工神经网络法、指数平滑法等在当前较为常用。相应的模型有灰色预测模型、自回归移动平均模型、人工神经网络模型、季节性指数平滑模型等。7发达国家在此方面的研究已有很长时间，并取得显著成效。如构建回归模型，通过对降雨量和温度的分析，对日需水量进行预测；澳大利亚墨尔本市借助时间序列模型预测当地用水量，颇为有效；也有更深入的研究，在时间序列预测中引进灰色模型。近些年来，国内也加大了在用水量预测方面的研究力度，相继出

5、现了多种研究方法。如重庆某地利用BP神经网络技术预测月用水量；深圳则有地方应用多变量灰色模型IMGM（1，n），是普通变量灰色模型的升级和改进；也有地区采用RBF组合模型，通过发挥该模型的双重优势，能够提高预测的准确度。2.3供水管网模型通过模拟管网的运行，提供相关模拟信息，为优化调度创造有利条件。该模型意义重大，是优化调度的重要保障。在长期研究探索中，形成了微观和宏观两种模型。①微观水力模型即利用水力学原理，建立起连续性方程、能量方程及管段水头损失方程，搜集全面的信息数据，并以此为基础构建模型。其适应性较强，能够适应系统拓扑和节点用水量模式的变化，而

6、且能够实时获取各个管段和节点的具体参数以及运行状况，为管网的规划设计和优化调度提供便利条件。7微观模型的资料库更齐全，管网拓扑结构比较清楚，能够真实客观地反映系统结构，但其建模工作量大。不过，在当前时代，数据采集技术不断完善，管网系统管理的科学性和规范性日益提升，使得微观模型的作用越来越明显。因此，相关研究从未间断过。②宏观水力模型因管网内部的水力关系较为复杂，在此对其忽略，利用统计分析法和“黑箱理论”，直接建立供水管网系统“输入量”和“输出量”之间经验性函数关系式和数学模型。构建该模型的理论在上世纪70年代在国外就已提出，出现了比例负荷模型，之后相关

7、研究越来越多。国内的生活用水量和总水量的关系变化较大，不适合用比例负荷模型。为此，许多专业学者纷纷致力于管网宏观水利模型的构建，并研究出了适合国内现状的模型，如大规模供水系统宏观仿真模型、分时段管网统计模型、半理论增广混合回归模型等。2.4优化调度模型及算法7优化调度的目的是在保证正常供水的同时，降低各种消耗，以获取最大的经济效益和社会效益。城市供水管网优化调度颇为复杂，具有非线性、动态性、多目标的特点，决策变量不同，优化调度建模也各有差异。通常有直接和间接优化两种，其数学模型由两部分组成：①目标函数。即系统能够维持运行所消耗成本的数学表达式；②约束条

8、件。即供水能力、管网内部水力平衡、用户水压等条件。随着计算机应用的普及，城市供水管网逐渐引进该