城市供水信息管理与调度系统

张宏伟1，杨芳1，田林2
(1.天津大学建筑工程学院，天津300072；2.天津港保税区，天津300456)

　　摘　要：结合华北某市供水系统开发了城市供水信息管理与调度系统，建立了供水信息数据库与供水调度模型方法库，并通过两者的有机结合实现了基于数据库管理信息系统上的城市供水系统优化调度。利用该系统不仅能够对供水信息数据库中存贮的大量历史数据进行统计和分析，还能够进行水量预测、管网建模和运行优化调度。经考核，该软件达到可推广应用程度。
　　关键词：供水管网；信息数据库；调度模型方法库
　　中图分类号：TU991.6
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2001)12-0006-04

Municipal Water Supply Information Management and Dispatching System
ZHANG Hong-wei1，YANG Fang1，TIAN Lin2
(1.School of Construction Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China; 2.Tianjin Port Free Trade Zone,Tianjin 300456,China)

　　Abstract：Based on the water supply system of a city in North China,the municipal water supply information management and dispatching systems were developed,and water supply information database and water dispatching model-method base were set up.In combination of the both bases,the optimization dispatch of municipal water supply system was brought into effect on the basis of database information management system.Utilization of the system can not only make statistic and analysis for a lot of historical data stored in water supply information database,but also carry out water demand projection,setting of network model,and operation of optimization dispatch.It is examined that the software can be popularized for use.
　　Keywords:water distribution network;information database;water dispatching model-method base

　　供水资料的科学管理与信息资源的二次开发是实现供水系统优化设计与优化运行的基础，不仅能够提高工作效率、增加供水管理的科学性，还能够提高管网计算及运行管理的准确性和可靠性，为各种层次上的最优管理和最佳决策提供强有力的支持，产生巨大的经济效益与社会效益。
　　现依据系统论和最优化理论，运用功能强大的数据库编程语言Delphi5.0开发了集数据管理、数据分析、科学计算于一体的管网运行管理软件“城市供水信息管理与调度系统”，建立了供水信息数据库与供水调度模型方法库，并实现了两者的有机结合。

1　系统设计

1.1系统数据流程
　　将水厂和管网各类运行信息进行分类整理进入数据库管理子系统，管网运行调度决策模块可根据数据库管理子系统中存贮的数据，借助调度子系统中模型方法库分类计算，以提供运行调度决策方案(见图1)。

1.2系统菜单结构
　　系统菜单结构设计见表1。

表1　系统菜单结构设计 系统维护 数据库管理子系统 调度子系统 帮助 报表输出 系统水泵信息管理编辑，浏览，查询，报表打印 水泵曲线拟合 系统帮助 小时负荷分析图 版本信息 管网压力监测点分布示意图 管网小时负荷管理编辑，浏览，查询，报表打印 小时负荷预测 　 水泵性能曲线 管网水力信息管理编辑，浏览，查询，报表打印 宏观模型拟合 文件管理 水厂调度信息管理系统基本调度信息各水厂调度日报编辑，浏览，查询
，报表打印 直接优化调度 退出系统

1.3系统总体结构
　　由数据库管理子系统与调度子系统两大功能模块构成城市供水信息管理与调度系统，系统总体结构如图2所示。

2　系统软件研究

2.1　系统开发环境
　　操作系统：Windows 98
　　开发工具(RAD)：通过对目前较流行的编程工具Delphi、VB、VC、VFP的综合分析与比较，决定选用第四代编程语言Delphi5.0进行软件开发。Delphi5.0是由美国著名的Borland公司研制的可视化软件的开发工具，具有高效、最优化、可视化应用程序开发环境和可扩展的数据库技术。Delphi5.0是高端的基于窗口和面向对象的编程工具，能够与Windows操作系统紧密结合，运行速度快、具有强大的数据库功能支持、数据处理功能强大、用户界面友好、调试方便，不仅能够开发一般的Windows应用程序，而且还能进行数据库应用程序的开发。此外，重要的一点在于：Delphi5.0支持BDE、ODBC和ADO三种数据引擎，可以访问多种数据形式，能够对Oracle、Microsoft SQL Server、Interbase、DB2等远程大型企业数据库进行访问。
　　软件配置：
　　Delphi 5.0
　　Microsoft Fortran PowerStation 4.0
　　Microsoft Office 2000
2.2　数据库结构设计
　　通过对供水管网直接调度优化计算程序所需数据文件的特点分析，针对实际管网将城市供水信息管理与调度系统中的城市供水调度数据库模块“数据库管理子系统”设计为由系统水泵信息管理模块、水厂调度信息管理模块、管网水力综合信息管理模块、管网小时负荷管理模块四个功能模块构成，上述各功能模块分别对应下列五种形式7个Paradox7.0数据表：
　　①水厂基本调度信息数据表Shop1.db。
　　②三个水厂的调度日报数据表Shop21.db、Shop22.db及Shop23.db。
　　③系统内水泵综合信息数据表Pump.db。
　　④管网用水量时负荷数据表Forecast.db。
　　⑤管网水力综合信息数据表Macro.db。
2.3调度模型方法库设计
　　调度子系统由四个功能模块构成。
　　①水泵“流量(Q)～扬程［H(Q)］”与“流量(Q)～效率［η(Q)］”曲线拟合模块Pump.mdp。
　　②管网用水量时负荷预测模块Forecast.mdp。
　　③管网性能宏观模型模拟仿真模块：管网性能宏观模型一模拟仿真模块Macro1.mdp与管网性能宏观模型二模拟仿真模块Macro2.mdp。
　　④供水管网直接优化调度模块：正常供水状态下直接优化调度模块Dispach.mdp与节水(限压供水)状态下直接优化调度模块KDispach.mdp。

3　系统功能

3.1供水信息管理
　　①编辑：能够针对系统中的各个数据表文件录入新增记录，修改、删除已有记录，并对新增记录或修改记录进行合法性检验。
　　②浏览：能够选择性浏览、查看数据表中部分或全部记录；将数据表中的部分或全部记录以所需的格式写成数据样本。
　　③查询：能够根据输入的条件，动态查询出满足这些条件的记录。以管网水力信息管理模块为例：“日期”、“时段”和“监测点名称”三个条件可以根据需要任意组合，对数据表Macro.db中存贮的管网水力信息(水厂流量、监测点压力)的历史记录进行动态查询。
　　④打印报表：能够根据输入的条件，从数据表中整理出有关记录并加以统计、汇总，然后以报表的形式显示(打印预览)或打印。
3.2管网用水量时负荷变化规律分析图
　　能够根据需要从数据表Forecast.db中选取对应的记录，以两种形式显示：
　　①1 d 24个时段用水量时负荷折线图(见图3)。

　　　　　

　　②任意时段30 d(1个月)用水量时负荷折线图(见图4)。
　　这样，不仅能够直观地观察管网1 d内各时段用水量变化情况，还可对管网1个月内各天任意一个时段的用水量进行纵向与横向比较，从而分析得出管网小时负荷的变化规律。
3.3　管网压力监测点位置分布示意图
　　能够直观、全面地展示管网中各压力监测点对应的位置(见图5)。

3.4　水泵性能曲线拟合
　　能够根据操作人员所选择的水泵型号，快速、准确地拟合输出水泵“流量(Q)～扬程曲线［H(Q)］”和“流量(Q)～效率曲线［η(Q)］”，并能根据需要动态地添加水泵性能曲线拟合模型库内水泵的型号。
3.5　运行优化调度
　　水泵性能曲线拟合模块与管网用水量时负荷预测模块、管网性能宏观模型模拟仿真模块既能各自成为一个独立的方法模型行使其功能，又能够根据需要在供水管网直接优化调度模块中动态调用，成为供水管网直接优化调度模块中的子模块。
　　各功能模块均实现了城市供水调度数据库与城市供水调度模型方法库之间的动态联接(数据库编程语言Delphi与工程计算语言Fortran之间的接口)，能够实现以下功能：
　　①生成样本数据文件。提供简单明了的人机对话界面，根据操作人员的需要从相应的调度数据库中选择部分或全部数据生成上述各模块所需的数据样本，并能够根据需要对数据样本进行修改。
　　②运行程序。单击按钮，即可实现相应的决策操作(运行*.exe程序)，产生优化结果。
　　③显示结果。能够方便地查看经各功能模块优化计算得出的拟合、仿真和优化结果。
　　④查看源代码。以只读的方式查看Fortran源代码，便于操作人员对源程序(优化方法)的熟悉和理解。

4　结语

　　城市供水信息管理与调度系统不仅能对城市管网中水量水压及水厂调度信息进行科学管理，还能结合管网小时负荷的历史数据对管网用水量进行分析，并运用调度模型方法库中存贮的优化模型进行水泵性能曲线拟合、水量预测、管网建模及优化调度。
　　利用华北某市一中等规模的供水管网对该软件进行了实际考核，效果满意，表明此成果达到了可推广应用程度。

参考文献：

　　［1］张基温，王一平.信息系统开发案例(第1辑)［M］.北京：清华大学出版社，1999.
　　［2］袁一星，赵洪宾，高健，等.给水管网综合信息微机管理系统研究［J］.中国给水排水，1994，10(6)：35-39.

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　　作者简介：张宏伟(1956-)，男，河南洛阳人，现为天津大学建筑工程学院环境工程系教授，博导，研究方向为环境及给水系统优化。
　　电　　话：(022)2740083027408658
　　收稿日期：2001-04-06