关键词：供水系统优化调度SCADA系统调度模型
前言
1SCADA系统现状
福州公司的“三遥”系统始建于1986年，当时由电子部第七研究所提供全部国产化的端机、电台和Z-80计算机，定时巡测管网压力和水厂生产数据，进行简单的数据采集、存贮和管网测压报表打印。由于受国产设备当时的技术水平的限制，系统可靠性、稳定性均较差，特别是配套仪表的性能、品质较差，始终未达到预期目的。1992年公司利用国外政府贷款建设新水厂的资金，对管网测压系统进行了改造更新，基本能满足管网测压巡测、巡检和数据采集、存贮的要求，但因进口设备基本上是80年代末产品，配件供应困难，运行程序完全封闭，使用功能少，无法进行数据统计、报表打印、压力合格率计算等工作。随着电子元器件的逐年老化损坏，系统故障率升高，部分设备退出运行，测压系统难以适应生产需要。公司于1996年委托电子部七所对“三遥”系统进行全面改造；重新建立8个水厂端站（配1035端机）和10个管网测压端站（配1039端机），系统在Windows95操作平台上工作，各项生产报表、数据统计、存贮等功能由福州水公司设计，七所提供技术保障，初步形成了一级调度的SCADA系统。
2优化调度和SCADA的关系
福州水公司在一级调度SCADA系统的建设过程中，在电子部七所提供的原程序上，增加了管网最低压力点红色报警、水厂二泵机组效率、二泵压力合格率计算、1000m3水电单耗计算、单位配水电耗计算、水泵工况点显示记录、二泵动办电耗、杂项电耗、总电耗计算和显示、报表打印等多项功能。由于运行程序及自由组态的完全开放，生产运行人员可以在使用过程中通过自由组合来完成各项数据显示，自行进行报表设计，显示图幅设计，生产数据对比计算，在部分仪表未安装时采用调度日报表的数据自动填充，为生产调度系统应用计算机技术进行现代化的科学管理，提供了良好的软件和硬件条件，并为优化调度奠定了良好的信息源基础。
总结国内水厂计算机监测技术的发展和应用，经过近年的技术引进和生产实践，供水企业的计算机监测和控制以建立集散型(DCS)计算机监控系统为宜。该系统基本以计算机网络，工业PC+PLC(RTU)为主体，把实时监控管理扩展成联网控制及信息管理，成为分散型综合信息自控管理系统。具有功能完善、分散自治、灵活可靠、操作容易、维护简便等优点。特点是软件工程的发展，使软件的维护和变更工作已无需软件工程师来做，而由水厂工艺运行工程师自已就能完成，可满足现代化水厂过程控制、优化调度、管理的需要。
3工作目标及努力方向
综上所述，供水生产调度的目标是：在保证管网所需压力以及在各供水厂现有设备的前提下，通过采集生产运行参数，应用计算机技术使得运行费用最小。由于供水生产成本中电耗占有举足轻重的份量，供水生产调节器度的经济与否潜藏着巨大的潜力和经济效益，而“三遥”系统的建立和稳定工作，又是优化调度必不可少的重要条件之一。所以，建立“三遥”系统使其真实反映水厂生产运行情况和管网压力，在供水生产和保障工农业生产的安全经济运行中有着重要的社会经济效益和经济效益。
福州水公司至1998年8月已完成了一级调度的SCADA系统，至1998年底全面建立二级调度的SCADA系统。将6个相对独立的水厂数据采集予站划归水厂管理，水厂调度可监控本厂的生产运行情况，及时发现生产问题，加强一次仪表的生产运行、维护。实时性更强，有助于供水生产管理，调动水厂的工作积极性。
关键词水厂；监控系统；应用
1水厂监控系统简介
“水厂监控系统”主要应用在自来水供水公司对水厂的远程控制管理中，目的在于解决自来水调度室对水厂生产情况的监控功能，及时了解水厂的生产情况，压力情况，机组的运行情况等，为生产调度工具提供及时可靠的信息，并提供对水厂发部指令。
“水厂监控系统”是目前水厂建设和改造的主要提供方向，该系统可以灵活设置系统参数的系统设置模块；集中管理客户信息的客户管理模块；提供了一个兼容性能优越的管理框架，实现了多水厂的集中管理；提供了图形监控、实时动态数据监控、报表打印、报警管理、方便的查询等功能，使本系统成为真正意义上的远程监控管理系统，实现了对水厂的信息化管理，极大方便了调度中心工作人员及公司领导对水厂的远程监控、操作。
2系统组成
该系统与“营业收费系统”、“泵站监控系统”、“管网监控系统”、“办公OA系统”、“渗漏预警分析系统”等多个子系统并行组成水务信息化生产调度系统。
3系统主要功能
自来水公司水厂调度中心可以监测到整个城市供水管网的流量、压力；所有水源井、水厂、加压泵站设备的工作情况；还可以对任何监测、操作信息进行历史记录保存和查询调取；并且指挥各个水厂能够科学供水，节约水资源。
1）系统管理
本部分完成水厂监控系统必要的后台管理操作，如地区管理、操作权限管理、地图管理、系统高级设置及用户操作事件日志等，整合搭建一个统一的管理平台。
2）人员管理
给使用本系统的单位，提供员工管理、营业网点管理的功能，显示各个营业网点的员工责任归属，操作权限分配，可以进行增减网点和人员调动。
3）水厂监控
该系统实现了水厂管理、地图管理功能，可以对采集到的数据和图形进行监控，同时可以实现历史数据和实时数据查询等功能。该系统提供各类报表、曲线功能。
4）设备管理
系统提供了详细的设备管理功能模块，可以组合各种条件，对不同型号设备进行兼容，实现对设备的查询以及查看设备新建、维修、更换的历史记录，同时可以扩展该部分功能，实现对设备使用情况和使用寿命的实时提醒，降低设备故障突发率。
5）安全管理
6）数据交互
其他系统（如营业系统、办公系统、财务系统等）需要与本系统交换数据，本系统能提供安全可靠的数据访问接口以实现信息整合。
7）数据分析
系统可以根据数据量，形成“实时数据”、“历史曲线”和丰富的数据报表。可以生成PDF、网页及EXCEL电子表格等格式文件用于打印或保存，报表也可以按需另行制作。
4软硬件配置
1）软件：该系统采用B/S与C/S相结合结构，应用软件在自来水调度中心服务器上运行，客户方通过局域网WEB页面浏览、查询、操作；操作权限根据岗位、业务进行差异化分配；
2）硬件：包含服务器、交换机、机柜、数据库软件、服务器和客户端系统软件、UPS电源、路由器、客户端电脑等。
5系统未来发展趋势
水厂自控技术在我国的发展起步于70年代初，而水厂监控系统则是在90年代初才由国外引入国内，目前水厂自控技术发展虽然已经日趋完善，但是在信息化、标准化、高效率、自动化等方面尚有许多不足，随着水环境破坏的加剧，人们对水质以及供水安全提出更高要求，自来水公司也在积极探寻低耗、高效、安全的水厂自控建设方案，同时随着云技术的概念引进及发展，水务云覆盖目前水务集团管理模式的趋势也势在必行，介时在整个水务云平台上，“水厂监控系统”、“泵站监控系统”、“供水管网”、“分区计量”、“故障判断”、“协同办公”、“财务核算”等等相对独立的业务系统即可实行信息整合、调用。各个水厂之间的亦可实现集团调度中心统一管理，实现无人值守。
参考文献
[1]唐伟强.水厂监控系统的研究与设计[D].兰州理工大学，2008.
关键词：水资源；配置；设计来分析
水资源是基础性的自然资源，是生态环境建设的控制因素，同时又是战略性的经济资源。以水资源紧缺、水污染严重和洪涝灾害为特征的水危机已成为我国可持续发展的重要制约因素。因此，开发水资源综合管理决策支持系统对缓解水资源紧缺、遏制水污染、有效防治洪涝灾害有着重要的现实意义。
1系统分析
2系统设计
2.1系统结构
整个系统综合利用各种数据﹑信息﹑知识﹑特别是模型技术，辅助各级决策者解决半结构化问题的人机交互系统。其基本结构由人机交互系统﹑模型库系统和数据库系统三大部件组成。
2.2数据库设计
数据库系统是水资源优化调度决策支持系统的基础和重要支撑。它实现对水资源基础信息的存储、查询和利用，为模型库的运行提供基础数据流和存放运行结果。根据水资源系统优化调度的业务要求，从水资源配置和科学管理等各类数据的存储与管理要求出发，将水利基础信息归纳为：社会经济数据、水文数据、气象信息数据、供用水数据、水环境数据、工情数据、地理信息数据等。为充分利用现有系统，其中地理信息数据由地理信息系统（MapInfo）进行管理，其它数据由数据库管理系统（SQLSERVER2000）进行管理，经分析主要包括以下几类数据。
社会经济数据：包括统计日期、行政区划代码、行政区划名称、耕地面积、总人口、固定资产、工农业产值等数据。
水文数据：使用已有的水雨情遥测库。
供用水数据：包括供水水源日供水数据，各水厂用水计划等数据。
水环境数据：包括余姚市人工监测的主要水库及骨干河道的水质评价等数据。
工情数据：包括河流、水库、输水管渠、灌区、水厂等数据。
空间数据：包括河网水系、各种建筑物的空间信息、行政区划、人口分布、企业分布等数据。
2.3模型库设计
模型库是系统的核心，主要包括两个模型，水库群优化调度模型和水质模型。每个模型都拥有自己的模型参数、模型结果，模型文件，模型说明，模型验证情况等。
对模型的调用通过WEBSERVICE进行，将模型服务与WEB服务分开部署，提高系统效率。
3系统组成
整个系统分为信息查询子系统、GIS子系统、决策支持子系统、系统管理系统和帮助子系统。
3.1信息查询系统
3.1.1工程查询
3.1.2供用水查询
3.1.2.1水库蓄水量：查询当前水库蓄水量情况。
3.1.2.2用水计划：查询当前月各水厂用水计划。
3.1.2.3供水情况：查询去年同月份各水库的供水情况。
3.1.3水质查询
3.1.3.1主要水源地（水库）：查询主要水源地的水质评价结果。
3.1.3.2骨干河道：查询监测河道的水质评价结果。
3.2地理信息查询系统
提供基本的地图浏览功能如放大、缩小、漫游、全图功能，对不同的地理信息按图层分别显示。提供基于地图的信息查询，通过点选、框选等工具在地图上选择地理对象查询其属性信息，并以表格、图片等方式进行显示。提供地理对象的空间定位功能，通过地图图层名与编号来定位地理对象。
3.3决策支持系统
3.3.1零维水质调度
3.3.1.1水质预测
水质预测是利用箱子模型对指定月份的水质进行预测。模型需要输入预测月份每个箱子的月降雨量及箱子月平均水位，输入模型的三个上边界流入水量、NH4浓度和COD浓度以及模型的三个下边界流出水量。通过模型计算后得到计算月份每个箱子的NH4及COD浓度以及相应的水质评价结果。
3.3.1.2水质改善方案
水质改善方案是利用箱子模型计算指定月份的水质改善方案。计算方式包括单纯调水、削减污染物负荷与调水相结合两种。
单纯调水方式（不削污）：输入计算月份及每个箱子的月降雨量、月均水位、目标水质等级以及调水水质（NH4、COD浓度），通过模型计算得到达到目标水质所需的调水水量。
调水与消污相结合方式（削污）：输入计算月份及每个箱子的污染物负荷削减比例（NH4、COD）、月降雨量、月均水位、目标水质等级以及调水水质（NH4、COD浓度），通过模型计算得到达到目标水质所需的调水水量。
3.3.1.3水环境容量
水环境容量是输入计算月份及每个箱子水质目标、水位、上边界流量和水质，通过模型计算得出每个箱子环境容量和剩余环境容量。
3.3.1.4模型说明
对水质调度的模型的说明文本。
3.3.1.5验证情况
对水质调度的模型验证情况说明。
3.3.2一维水质调度
3.3.2.1水质预测
3.3.2.2水质改善方案
3.3.2.3模型说明
3.3.2.4验证情况
3.3.3水量调度
水量调度主要是水库群的优化调度，包括常规汛限水位调度与动态汛限水位调度，以及模型的说明及模型验证情况。
3.3.3.1常规汛限水位调度
输入模型计算需要的降雨信息、蒸发信息、水库水位、水厂需水信息，系统调用模型按常规汛限水位条件进行模拟计算，按弃水量最小原则得出各水库调度方案，以及水厂及灌区的供水缺水情况。如果对计算得出的水库调度方案不满意，可以通过人工干预，输入指定水库的放水方案，代入模型重新计算，直到满意为止。
3.3.3.2动态汛限水位调度
输入输出及操作流程与常规汛限水位下的调度类似，区别在于系统调用模型按动态汛限水位条件进行模拟计算。
3.3.3.3模型说明
对水量调度的模型的说明文本。
3.3.3.4验证情况
对水量调度的模型验证情况说明。
3.4系统管理
系统管理主要进行用户管理、数据维护、模型维护。
3.4.1用户管理
3.4.2数据维护
对系统正常运行需要的数据进行新增、删除与修改操作。
3.4.3模型维护
对模型的参数进行修正。
参考文献：
关键词：区域供水优化调度数学模型新技术
Abstract:Developmentoftheappropriateregionalwatersupplymodeltosimulatemultiplewatersupplysystem,willbeabletothegreatestdegreeofreductioninwatersupplycosts,andprovideeconomicbenefits.
Keyword：regionalwatersupply;optimalscheduling;mathematical;model;newtechnology
1区域供水的基本概念
1.1问题的提出
水是人类生存和发展的重要物质基础，是生态环境的控制性要素，水资源的可持续利用是经济可持续发展的重要保障。我国水资源正面临少、脏、浑和生态失衡的态势，水资源短缺已成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素。
水资源是十分重要、又很特殊的自然资源，为了促进城市发展，提高人民生活水平，保障人民生命财产安全，如何经济合理地开发、利用、保护水资源，如何选择以最低的基建投资和最少的经营管理费用，满足各用户用水要求，避免重复建设，是城市给水工程规划的主要任务。
区域供水是指水源相对集中、供水范围覆盖多个区域、管网连成一片的供水系统。这种供水系统优势在于合理利用水资源，形成规模效益，提高了系统的专业性、合理性、可靠性与经济性。
1.2区域供水的必要性
目前城镇供水供求矛盾日益突出，主要反映在水质、水量和规模经济效应3个方面。
随着工业的发展和居民生活水平的提高，大量排放的污、废水严重污染了地表水，同时，工业用水量和生活用水量也大幅增长，此外，由于近些年人们乱砍乱伐造成的水体流失，用水量的增加和可用水资源的逐年减少，迫使水厂必须从较远的地方取水，大大增加了建设投资。
因此，为了利用净水厂的规模经济效应，应以集中建厂、实施区域供水为宜。
2区域供水研究的内容及方法
2.1区域供水现状
一般市区的供水由市属自来水公司和部分建制镇的自来水厂承担，对此，需要调查各个地区的供水水厂供水能力、水厂取水水源、实际供水量、服务总人口、自来水普及率等。
2.2区域总体规划
2.3管网水质保障
在出厂水水质达标的情况下，供水管网水质二次污染控制是水质安全保障的重要内容。管网水质变化的影响因素有水质稳定性、消毒方式、管网中水力条件、管网运行管理、管材等。
2.4分质供水
根据对分质供水对象的研究，潜在的分质供水种类可分为城市污水再生利用、工业原水利用、雨水利用和海水利用等。
（1）污水再生利用方案。污水再生利用主要为河流景观生态用水、绿化用水、工业用水、农业用水等。根据污水处理厂布局，可在各自污水处理厂内相应建设再生水厂，供给水厂附近用水。
（2）工业原水系统方案。工业原水供给必须具备这几个条件：用户有使用原水的需求，且在一定区域内形成需求的规模效应；水源能够满足水质、水量及供水保障率的要求；用水成本较使用净化水低。
（3）雨水利用方案。在多雨地区，可以考虑使用雨水作为中水水源，某些地方可以考虑雨水处理后作为生活饮用水源。
（4）海水利用方案。对于濒海地区，海水的利用可考虑作为临海工业园区企业工业冷却补水，以及海岛利用海水淡化和海水冲厕技术来补充海岛淡水的不足。其中工业冷却补水可结合工业门类，采用海水主流冷却技术或者海水循环冷却技术。
2.5区域供水优化方案
区域供水的供水范围和水量规模一般都较大，全面实施的工程量也很大，不仅需整合现有水厂，新建、扩建区域水厂，还需铺设大量管道和建造增压泵站，投资费用昂贵。因此，区域供水工程设计时，应根据城市总体规划和各乡镇的用水需求，实事求是地对供水范围、近远期用水量标准、管线布置形式等认真分析、深入研究、统筹规划，充分利用现有供水设施，近、远期结合，而首先着眼于近期，既满足于近期用水的需求，又要适应今后远期发展的可能。
2.6多城市的协同供水联合调度
由于区域水资源系统结构复杂，影响因素众多，各部门的用水矛盾突出，研究成果以多目标和大系统优化技术为主要研究手段，在可供水量和需水量确定的条件下，建立区域有限的水资源量在各分区和用水部门间的优化配置模型，求解模型得到水量优化配置方案。
对于建立区域供水模型，首先应考虑区域范围内各用水类型的划分。在MesseleZ.Ejeta和LarryW.Mays所著论文《区域供水规划及能力扩展模型》中，将用水类型包括市政用水、工业用水、水力发电用水、灌溉用水、畜牧场用水、休闲场所用水、水产业用水、环保用水还有补给水，然而，一般考虑的水资源有径流、地下水、降水、跨地区调水、回流水、排水。模型中用到的各种方程如下：
连续性方程
一个地区被划分为I个区域，划分的依据是该区域是否有至少一个导流或者回流。在每个区域里，有J个考虑因素。这种方法能够逐个区域地模拟整个地区。
为了改进连续性方程，就是通常所说的质量守恒方程，我们随机选取一个区域i,考虑跟区域i有关的所有可能的水流和有导流或回流的点。方程表示如下：
其中：Qrkji――从区域k中的需求点j到区域i的回流量（k/=i）
Qskji――从区域k中的需求点j到区域i的回流水的渗流损失（k/=i）
Qdij――从区域到需求点j的转向流，j表示需水点（i=1,2,....,I;j=1,2,....J)
Qdsi――i区域下游末端的流量，也就是在区域i流入引水点的径流，在这里叫做节点
Qusi――区域i上游末端的流量
n―一回流在排入主水道之前流经的最大区域数量
加上地区内上游下游末端的回流的边界条件，方程适用于所有区域。对于每个需求点，可以有如下的连续性方程。
其中：Qsij――区域i内到达节点j的沿途渗流损失
Qpij――区域i供给节点j的水量
Qlij――区域i内节点j的耗水量
同时，在各个区域，有如下连续性方程：
其中：Qbi――向区域i的调水量
Qppti――流入区域i的降雨
Qsi――区域i内的径流渗流损失
水质方程
区域供水中一个典型的水质参数是总溶解性固体（TDS）。我们以此参数作为例子改进水质方程，通常，我们可能会考虑多个参数，但这些水质方程的形式是类似的。
区域i中水的导流点的约束表达如下：
其中：Crkji――在Qrkji中的水质参数
Cdsi――在Qdsi中的水质参数
Cwi――在Qdij中的加权水质参数
假设完全混合条件下，流出节点的水质不变（Yangetal，1999)。那么，下列等式在区域i的导流点也成立。
定义Cwij为区域i内任意需水点j的加权TDS浓度，需水点j的约束条件为：
我们可以得到每个区域的类似的入流方程
假设在区域中TDS的浓度变化为线性的，平均的TDS浓度用来计算渗流损失。
径流调节
每个区域都可能有导流和泵站供水，每个区域也有可能存在到另一区域的回流水。但是，这不是实际情况，因为，一个区域的需求点不可能与另一区域的相等。引入取0或者1的参数，来管理每段管线的流量。当管线中没有流量是，参数取0；否则取1。唯一的例外，入流Qusi和Qdsi不需要这个参数，因为这是参数值总是1。使用这个参数在做敏感性分析时有好处，可以通过开启或者关闭所有不确定的设备来优化模型。
令Kdij为Qdij的参数，Kpij为Qpij，以此类推。那么，以上的连续性方程和水质方程可修改为：
额外的约束条件
除了质量平衡约束，还有考虑自然的和资源的约束。费用支出限制了泵站抽水的量。环境法规要求任何地点的TDS的水平应低于某一值。这些约束条件可以表示为：
其中：A――常数
B――常数或者泵抽水的量
C――常数或者供水中的质量参数
C（KpijQpij）――区域i中需求点j的泵的费用
目标函数
目标函数可以表示为水源在各个需水点的分配所获得的利润、成本以及由每个用户水质差所造成的损失的线性组合。我们定义P（Qdij，Qpij）为供水的利润函数（包括地表水和地下水），C（Qdij，Qpij）为成本函数，D（Cdij，Cpij）=D（Cwij）为损失，目标函数表示为净利润Z的最大值[14]：
随着社会的进步以及城市化的发展，按行政区域划分的供水模式终将不能满足人们的需求，在城市集中的区域发展多城市的协同供水可以极大地节约供水成本和基建费用。
为了实现多城市的协同供水，首先应将一个城市的供水管网与周边乡镇的小规模的供水管网联网，将乡镇小的水厂改为增压泵站。进而将城市边缘的供水管网与其他城市的供水管网联网。多城市协同供水涉及到多个水厂的联合调度，应设计好优化调度的方案，保证各水厂出水水质的统一。
2.6.1不同水库群联结方式及其特点
在水库群之间、水库与用水户之间，由于其水源补给与调剂关系、用水户与水源之间对应关系的不同，可以将水库群联结方式分为：串联方式、并联方式和混联方式[15]。
串联方式：天然入流同步性较好，上游水库的调节作用改变下游水库的入流过程。在供水方面，只有上游水库才能补充下游水库用水户需水要求。
并联方式：天然同步入流同步性较差，水文补偿调节作用明显。在供水方面，当有共同供水目标时才能发挥互相补充的作用。
混联方式：发挥入流组合的多样性，水资源调蓄能力更明显。在供水方面，有共同供水目标时，供水效益明显。
2.6.2水库群优化调度的结构模型
利用大系统分解协调技术和线性规划相结合的方法建立水库群优化调度模型，提出了2层2级结构的递阶模型[16]。
图中Mi为第i个子系统t时段的协调变量；f(Mi)为第i个子系统t时段的协调变量反馈给总体协调层的目标函数。
第1级，根据水库与用户联结关系划分的供需子系统。每个供需子系统包括水库（群）系统、输水系统及用水户系统。本级采用模拟模型将总系统下达的供水量进行模拟计算，并返回相应的目标函数值（弃水量）。
第2级，整个水库群系统。把这一级作为整个系统的平衡协调和决策级。按大系统递阶分析的关联预估原理，协调级预估各子系统的供水量，并将其分配给各子系统，各子系统按第1级模型进行模拟计算，并将求得的解（弃水量）反馈到第2级，按整个系统的优化目标修正各子系统的需水量，直到达到目标最优化（弃水量最小）为止。
2.6.3水库群优化调度的数学模型
（1）子系统数学模型
考虑到系统优化的主要目标是提高供水能力，因此将弃水量最小作为子系统优化调度的目标[17]。由于各子系统的功能（供水为主要目标）较相似，因此采用统一的数学模型，对于第i个子系统建立目标函数。
式中：mi为总系统下达给子系统i的需水量；qs(j,t)为j水库t时段弃水量；n为i子系统中水库个数。
约束条件包括水量平衡约束、水库蓄水量约束、工程供水能力约束、非负约束等。
当子系统内某时段出现多个水库能同时满足某一用水户需水时，从满足水资源需求量的角度来说，无论哪个水库供水至需水户，只要总量满足即可。但是，对于各水库的运行结果，由于不同水库当前蓄水状况及下时段的来水情况不同，则存在优先使用哪个水库的水资源问题。为确定供水优先顺序，可引进控制变量。
式中:vkong(j,t)为j水库t时刻空库容；q(j,t+1)为j水库第t+1时段的来水量。
α越小表明面临时段的产生弃水的可能性越大,应优先取用该水库的水资源。
（2）总系统数学模型
将整个水库群作为系统的第2层即大系统协调级，这一级主要解决全系统总的需水量在各子系统间的最优分配问题。
大系统总的优化目标与子系统优化目标一致，为全系统弃水量最小，函数表达式为：
式中:mi为子系统i需水量；n为子系统个数。
约束条件有：
1)总需水量约束：各子系统需水量之和等于总系统需水量。
式中:xs为总系统需水量。
2)需水量约束：各子系统需水量不大于子系统供水能力。
3)非负约束。
3优化调度系统中的新技术
给水管网优化设计计算、水力与水质模拟、管网优化调度、信息化和智能化运行管理及信息网络构成了当前给水管网新理论与新技术研究和发展领域，以信息技术和智能化、自动化控制为目标，运用PLC、SCADA和GIS技术，构成了完整的节约能量、节省人工、减少漏损、保护水质等现代科技管理系统，形成了给水管网运行管理和优化调度领域高新技术产业方向。应用计算机技术提高给水系统管理和运行的水平越来越受到国内给水企业的普遍重视。[21]
3.1目前给水调度系统中应用的技术
3.1.1SCADA系统
SCADA系统对于供水行业来说已遍及各个领域。从泵房、加药间到管网的监测点，甚至可以用于多个水厂的联合调度，在供水系统中具有重要的作用。SCADA系统的功能和特点包括：
（1）集中管理，分散控制。包括就地手工控制，即通过控制箱的控制按钮进行控制；分站PLC控制，用各地的PLC分站对各站的情况进行控制，在中央控制室有故障时可以进行控制；中央控制室集中控制，对泵站、水厂以及供水管网进行综合控制。
（2）通讯能力强，系统的可扩张性和开放性强，具有丰富的画面显示功能，具有报警和保护安全处理功能，可以自动进行报表处理及远程控制；具有强大的系统组态功能，可以进行数据库的管理，绘出各个监测点的运行曲线，驱动大型模拟屏的显示。
（3）SCADA系统适用于大型系统的管理与调度，在较小的区域应用使得问题复杂化，且实际应用并不现实。所以它与别的调控方法一起使用会得到更好的效果。
SCADA的出现使得网络在供水企业内部以及供水企业之间、供水企业与其他行业之间的网络通信成为现实，在供水行业的运转效率上是个大的突破。
3.1.2EPANET
3.1.3GIS
3.1.4遗传算法
遗传算法是基于生物进化机制的全局性概率搜索算法，它抽象于生物体的进化过程，通过全面模拟自然选择和遗传机制，形成具有“生成和检验”特征的搜索算法，最初由美国HolladJohnH教授提出。
遗传算法是一种扩展性能极强的算法，可以利用所需解决问题的有关信息，通过对各种选择模式、遗传算子的修正和改进，对特定问题进行求解。将遗传算法应用于城市给水环状管网优化调度，具体步骤为：
（1）利用水力条件来对若干组管径值组合的合理性进行判断，得出问题域。
（2）定义管径优化问题的目标函数，确定求解变量的定义域，选择适当的编码格式，表示优化问题的解。
对于环状给水管网优化设计，以管网的经济性为求解的目标函数，即：
minZ(D)=ΣC(Di)Li
式中，Z(D)――管网费用函数；
C(D)――与管段管径D有关的费用系数；
L――管网管段长度；
i――管段编号。
按照遗传算法的基本实现技术的要求，在应用中可将管网优化的求解变量管段管径值表示成一串数据或数组的形式，即编码。依据标准管径数量的多少，通常可以将管段标准管径值用一个3位或4位的二进制字符串代替（亦可采用其他编码方式），然后根据管网管段数，组成若干位的二进制字符串来表示求解变量，形成优化问题的一个染色体。
3.2有待发展的技术
3.2.1ANSYS技术在给水管网中的应用
有限元分析系统ANSYS（AnalysisSystem）可以对各种物理场量进行分析，是目前世界范围内唯一能够融结构、热、电磁、流体、声学等于一体进行有限元分析的分析软件。
对于供水行业来说，漏损是个最重要的问题，漏损的原因比较多，但是主要的原因是管道的受压导致漏损。所以，要研究管道受压漏损的情况，需要对管流进行层流分析、湍流分析以及外部受压分析，而ANSYS是一种可以全面模拟的软件，它可以进行内流和外流分析，管道结构的动力分析，在管网设计与维护中都将会起到重要的作用。
3.2.2Kalman滤波理论在给水管网中的应用
现在，Kalman滤波理论已经应用于长输管道的漏点定位，在这个基础上经过适当的数学模型加工，可以用于给水管网中漏点的监测。
具体过程是：将管道流动的过渡流模型转化为状态空间模型的描述，以管线沿程流量、压强水头为状态变量，管道进口压力和出口流量视做非线性动态系统的控制输入，进口流量和出口压力观测序列构成系统的测量向量。线性化非线性模型，用扩展的Kalman滤波器结合双曲偏微分方程特征线数值解法估计泄漏尺寸与位置，并模拟出管道流体的压力流量过程及其沿管道的分布。在长距离输气与输油管道中，这个模型已经实际应用验证是很好的，表明此法模拟的管道流动状态很快收敛到稳定状态，并且泄漏尺寸估计与真实值相当吻合。因此引入扩展的Kalman滤波能够提高过渡流模拟管道非定常流动的准确性和跟踪能力。
3.3先进技术的有机结合
目前，自动化和网络化已经成为各大生产部门的共同特点，对于供水行业来说，不同的技术在应用中起到不同的作用。几种新技术的联合应用可以极大地提升通过图形和系统调度的功能。例如：
（1）ANSYS与AUTOCAD两种软件的结合，使得在设计中可以更好地考虑到管道的受力作用，提高给水管网的可靠性和预见性。
（2）SCADA系统与Kalman理论以及BP神经网络相结合，可以在总体上把握漏损的情况，在最小的停水区域内对给水管道进行检修和补漏。
（3）GIS与GPS相结合，可以在调度室内外对管道、阀门进行定位、检修，最大限度地减少损失。
4结束语
区域供水是城市化进程中的重要部分，是市政供水行业未来发展的趋势。通过整合区域内的资源、经济，形成多城市协同供水联合调度的局面，使一个区域的供水得到根本性的保障，最终形成区域一体化的发展模式。
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捞刀河综合治理方案，该段河道位于星沙新城区的规划范围内，河道堤防洪水设计标准为100年一遇，因此，拟建拦河构筑物行洪标准为100年一遇，相应设计流量4326．7m3／s。
2蓄水
从对农田排水、河道供水、河道水质等多方面综合分析不同水位的影响，本次设计选取两种蓄水位，即32m及33m分别进行分析论证。农田排水：设计蓄水位抬升至32m及33m时，上游三合垸将增加受涝面积1．18km2，增加排渍面积共6．41km2，通过新建排水箱涵和排涝泵站，可使建成区治涝标准达到2年一遇，使非建成区农村达到10年一遇1d暴雨1d排至地面无积水的排水标准。河道供水：经计算，水渡河～赤石河坝段的水位容积曲线如下表1所示，水渡河坝现状正常蓄水位30．5m，相应库容为338．3万m3。如水位抬高到32m，增加库容220．4万m3；水位抬高到33m，增加库容442．2万m3。另外，星沙水厂的取水口位于捞刀河支流雅河，水位抬高到32m雅河增加调蓄库容48万m3，水位抬高到33m雅河库容增加80万m3。通过抬高水渡河坝，可以达到提高星沙水厂供水保证率的目的。河道水质：由表2，蓄水水位分别为32m和33m时，雅河对应的交换频率分别为0．31和0．27d／次，即交换一次分别需要7h和6h。抬高水位后，通过控制雅河的进出水闸门，干流上游来水通过自流进入雅河，较大地提高了星沙自来水厂前池（雅河）的交换频率。通过上述分析比较，确定水渡河河坝蓄水位为33m。
3闸址
4闸型
比选本工程水闸底板高程24．5m，闸门挡水高程33m，闸门高8．5m，100年一遇洪水位39．33m，从防洪、景观、运行维护的角度，几种闸型进行了分析比较，综合确定闸型。由表3比选结果，选择升卧式平面钢闸门＋固定卷扬机作为本工程的闸型。
5布置方案
比选本工程提出两种方案：方案一：水闸＋溢流堰。闸室横向轴线与河道水流方向正交，结合地形，在河道主槽新建闸室，保留右岸滩地且新建溢流堰。方案二：船闸＋水闸＋溢流堰。在方案一的基础上，右岸增设一孔船闸，其余布置同方案一。现状捞刀河由于水渡河橡胶坝，不具备航运能力。新水渡河闸竣工后，拆除橡胶坝，若在新的水渡河闸上加设船闸，可使捞刀河河口至赤石河坝20km的航道全线贯通。但新水渡河闸上游为星沙自来水厂取水的水源保护区，船只通航后可能会对水体造成污染。因此，将方案一作为推荐方案。
6结构形式比选
6．1水闸孔数的确定
闸址处河道主槽宽128m，河道主槽右岸有160m宽滩地，结合现状地形，闸室总净宽为96m，与河道主槽宽度的比值为0．75。为优化工程调度方案，较少拦河闸启闭的频率，利用小洪水冲砂，水闸布置采取大小闸结合的方式，即较大宽度的泄洪闸与较小宽度的冲砂闸结合布置。根据水闸地勘成果，闸底板坐落在岩基上，故闸室的单块长度不超过20m，初步拟定泄洪闸单孔净宽为16m，冲砂闸单孔净宽为8m，对称布置。根据《水闸设计规范》（SL265－2001），当闸孔数少于8孔，宜采用单数孔，当闸孔数超过8孔时，也可采用双数孔。泄洪闸设计初拟5孔、7孔、9孔、10孔4种孔数方案进行比选。通过表4的比选结果，方案一投资最省，因此水闸闸孔采用泄洪闸5孔，每孔净宽16m；冲沙闸2孔，每孔净宽8m，布置采用1孔泄洪闸＋1孔冲沙闸＋3孔泄洪闸＋1孔冲沙闸＋1孔泄洪闸的形式。
6．2分缝形式的确定
水闸闸型采用开敞式，平底板布置。闸室总净宽96m，共设闸门7孔，其中冲沙闸2孔，单孔净宽8m，泄洪闸5孔，单孔净宽16m。考虑水闸底板坐落在岩基上，故闸室的分缝长度不宜超过20m，为合理选择水闸分缝位置，提出两种方案进行比选。方案一：永久缝设在闸墩上，闸墩与底板固结在一起形成Π型结构，水闸的中墩均为缝墩，每一孔闸作为独立整体，边墩厚2．0m，各缝墩厚度均为1．70m，计入逢宽20mm，拦河闸总长度120．52m。方案二：永久缝设在每孔闸闸底板中间，闸墩与底板形成T或L型结构，边墩厚1．8m，中墩厚为2．2m，拦河闸总长度112．8m。通过表5的比选结果，方案二较方案一节省投资453．3万元。拟建闸基坐落在强风化砾岩上，下部为弱风化砾岩，地基承载力较好，各闸块基底弹性模量相近、地基沉降量相同。因此选择方案二布置水闸顺水流向永久缝，永久缝设在每孔闸闸底板中间，闸墩与底板形成“T”或“L”型结构。
7水闸总体布置
水闸工程顺水流方形总长144．58m，自上而下为上游连接段20m民，上游铺盖段15m，闸室段21m，下游消力池段38．5m，下游铺盖段10m，下游海漫段40m。闸室由5孔泄洪闸和2孔冲砂闸组成，总净宽96m。结合现状地形，闸底板高程26m。闸室右岸溢流堰宽160m。闸门采用下游升卧式钢闸门，下游侧闸墩顶高程主要由闸门开启过洪时闸门不脱槽来确定，闸址处捞刀河100年一遇水位为39．33m，为防止漂浮物撞击，闸门开启后闸门底缘或桥板底缘与洪水位净空高取1．5m，取拟闸门开启后底缘高程为41m，闸墩顶面高程为42．5m。为了减小工程量，上游侧闸墩顶高程用正常蓄水位33m加波浪计算高度0．42m与相应安全超高0．5m确定，计算为33．92m，取上游侧闸墩顶高程为34．0m。