随着国民经济的发展, 我国给水行业也进入了一个新的发展时期。给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重要作用。新疆油田公司供水公司是克拉玛依地区唯一一家集蓄、输、产、转、验、销为一体的供水企业, 承担着克拉玛依地区油田生产、农林业灌溉及城市用水的供水任务。克拉玛依市区供水管网形成上、中、下3个环网, 3个环网利用地形高差设置, 在管网制高点设调节水池, 在一定程度上起到定压、调峰蓄水的作用。长期以来, 供水管网运行完全靠经验进行维护和管理, 难以及时准确发现管网及水泵运行中存在的问题, 爆管事件频发, 漏损率高, 水泵能耗大, 供水系统难以实现科学合理的调配, 严重制约供水智能化发展的水平。另外, 克拉玛依供水公司业务点多、战线长, 运行管理难度大, 为适应油田高速发展的需要, 解决人力资源不断减少的问题, 迫切需要供水管网智能调配系统应用来提高水资源的利用率和自来水公司的管理水平。

　　 城市管网智能调配系统的研究内容包括:

　　 (1) 研究现有供水管网压力的时间与空间变化规律。实现对给水管网系统中关键运行参数生产环境的远程实时动态监测, 研究供水管网压力的时间、空间变化规律, 优化布局供水管网的压力监测点, 为供水管网建模和优化调度提供基础数据。

　　 (2) 建立供水管网水压数学模型和管网属性数据库。根据现有管网的布局, 建立管网属性数据库;基于管网压力实时监测数据, 模拟实际管网的运行状态, 分析管网运行工况, 诊断管网现存的主要瓶颈和问题, 对现状供水管网做出评估, 提高管网运行诊断水平和供水管理能力。

　　 (3) 构建用水量预测模型, 为管网调度提供决策依据。结合用户用水特点, 在分析现有用水量预测模型优缺点的基础上, 选择适合本区域的用水量预测模型, 实现用水量的定性预测和定量预测。

　　 (4) 基于给水管网分区构建管网分区调度模型, 实现管网用水分区调度。根据管网监测数据和现有供水调配方案, 针对管网分区特点, 构建管网分区调度模型, 制定水厂和泵站运行方案, 实现水厂泵站运行调度与管网压力分布相适应的匹配方案。

　　 (5) 构建用于模型调试及验证的压力、流量数据实时采集网络。根据管网分布特征和建模要求, 布设压力、流量数据实时采集网络, 为模型调试提供数据支持。

　　 (6) 建立爆管分析模型, 为应急抢修提供决策依据。根据管网水压监测数据的变化特征, 构建管网的爆管分析模型, 由压力监测点特征值分析和预测爆管发生的范围和影响程度, 确定相关的控制阀门以及受影响的供水区域。

　　 以监测数据为依托, 建设的供水管网智能调配系统, 主要实现以下目标, 大致可以分为如下4类:

　　 (1) 优化设计:为供水管网的中长期规划和改扩建规划提供理论依据, 主要包括管线布局优化, 管径和管材优选, 水厂、水库、增压泵站的配置;

　　 (2) 管网评估:依据现有管网运行特性和工况分析结果, 诊断现有系统完成预订功能的能力, 提出相应的改进措施;

　　 (3) 应急管理:根据管网的压力和流量监测数据, 分析管网中的异常情况, 包括管网漏损、漏失和爆管等, 确定发生的区域和范围, 提出相应的应急处理方案;

　　 (4) 供水调度:以用水量预测为依据, 指导日常管网供水调度, 为常规调度和应急供水调度预案提供依据。

　　 供水管网智能调配系统是由管网信息采集、泵站节点监控、管网常规调度、管网预警分析、管网评价、管网中心数据的建设六大部分组成, 将对其中几个部分举例进行说明。

　　 信息采集用于供水企业远程监测供水管网, 工作人员可以在调度中心监测全市供水管网的压力及流量情况, 科学指挥各水厂启停供水设备, 保障供水压力平衡、流量稳定, 及时发现和预测事故的发生。

　　 自来水供水管网远程数据采集方案是水司供水调度管理系统的一个子系统, 主要由水司调度中心、通信平台、监测终端、压力变送器和流量仪表组成, 管网信息采集子系统见图1。

　　 地表水一般通过取水泵站汇集并输送到水厂, 取水泵站远程监控是城市供水远程监控与调度管理系统中的子模块。调度中心工作人员可以远程监控泵站设备工作情况, 取水泵房管理人员可以远程控制泵房设备。取水泵站远程监控模块主要包括:调度中心服务器、水厂值班室计算机、监控系统软件、通信网络、取水泵站远程监控终端、水泵启动柜、水位计、压力变送器、流量计等, 其系统部署见图2。

　　 给水管网系统是一个拓扑结构复杂、规模庞大、用水变化随机性强、运行控制为多目标的网络系统。以往对埋在地下的给水管网多属经验性的管网, 不能直接进行试验和大量的测试, 实现科学化、现代化管理非常困难。在计算机技术飞速发展的促动下, 我国在80年代末着力开展了建模理论与实践的研究, 到目前为止, 管网建模是仿真给水管网系统动态工况的最有效的方法, 它能够提供有价值的信息, 有助于实现对管网科学化、现代化管理。管网建模的技术流程见图3。

　　 建立克拉玛依市给水管网水力模型, 主要包括以下研究内容, 其技术路线见图4:

　　 (1) 首先要对克拉玛依市给水管网进行核查, 搞清楚克拉玛依市给水管网的基本情况, 管道基础数据必须准确。

　　 (2) 为了合理分配节点流量, 要对全市月用水500m³以上的用户情况进行调查, 对全市用水量变化曲线进行测量。

　　 (3) 要进行管道海曾-威廉系数的推求, 克拉玛依市给水管网敷设年代的跨度较大, 拟用实测和理论分析的方法求得管道的海曾-威廉系数。

　　 (4) 要进行水泵特征曲线测试, 因为水泵长期工作后, 其工作曲线将发生变化, 而水泵特征曲线对管网模型影响较大。

　　 (5) 为了实现数据计算机管理和进一步进行研究, 必须建立一个包括管网图形属性的数据库, 因此要研制给水管网图文数据库。

　　 (6) 给水管网水力模型的建立与应用, 如事故分析、优化改扩建分析、给水系统分区计量等。

　　 管网预警分析模块是通过对供水管网的监测数据, 进行实时告警预警, 即时通知主管运维部门进行预警处理。其主要是对供水管网的压力、流量、水质进行数据采集与分析, 按照业务规则, 通过大数据分析, 判断实时采集值与预设阈值的关系, 通过相应的事件级别进行告警预警。管网预警分析系统适用于供水企业远程监测供水管网。供水调度人员在管网监测中心即可远程监测全市供水管网的压力、流量、水质状况, 以科学指挥各水厂启停供水设备、保障供水压力平衡, 并及时发现和预测各类事故, 其系统部署见图5。

　　 综上所述, 克拉玛依市供水管网智能调配系统基本概况已基本介绍完毕, 对其中部分重要模块也做了详细说明, 其成果见表1。

　　 为了满足生产和人民生活的需要, 给水行业由单纯的增加水量向着提高效益、提高给水安全性、加强管理的方向发展。国家建设部制订的“城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标”中提出了“提高水质, 保障供水, 优化成本, 改善服务”的发展目标。为达到这一目标, 必须提高给水行业的管理水平, 实现管理的智能化和现代化。

　　 克拉玛依市供水管网建造年代久远, 长期依靠经验进行管网维护的管理, 管网漏失率、爆管率长期居高不下, 造成了水资源的严重浪费, 这就使得其更加需要供水管网智能调配系统的应用来解决这些问题。在智能调配系统应用后, 克拉玛依市的供水调度情况会得到很大的改善, 为整个城市带来了可观的经济效益, 也为专业人士在今后的设计中提供了经验。