張宏偉1，楊芳1，田林2
(1.天津大學建筑工程學院，天津300072；2.天津港保稅區，天津300456)

　　摘　要：結合華北某市供水系統開發了城市供水信息管理與調度系統，建立了供水信息數據庫與供水調度模型方法庫，并通過兩者的有機結合實現了基于數據庫管理信息系統上的城市供水系統優化調度。利用該系統不僅能夠對供水信息數據庫中存貯的大量歷史數據進行統計和分析，還能夠進行水量預測、管網建模和運行優化調度。經考核，該軟件達到可推廣應用程度。
　　關鍵詞：供水管網；信息數據庫；調度模型方法庫
　　中圖分類號：TU991.6
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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

　　供水資料的科學管理與信息資源的二次開發是實現供水系統優化設計與優化運行的基礎，不僅能夠提高工作效率、增加供水管理的科學性，還能夠提高管網計算及運行管理的準確性和可靠性，為各種層次上的最優管理和最佳決策提供強有力的支持，產生巨大的經濟效益與社會效益。
　　現依據系統論和最優化理論，運用功能強大的數據庫編程語言Delphi5.0開發了集數據管理、數據分析、科學計算于一體的管網運行管理軟件“城市供水信息管理與調度系統”，建立了供水信息數據庫與供水調度模型方法庫，并實現了兩者的有機結合。

1　系統設計

1.1系統數據流程
　　將水廠和管網各類運行信息進行分類整理進入數據庫管理子系統，管網運行調度決策模塊可根據數據庫管理子系統中存貯的數據，借助調度子系統中模型方法庫分類計算，以提供運行調度決策方案(見圖1)。

1.2系統菜單結構
　　系統菜單結構設計見表1。

表1　系統菜單結構設計 系統維護 數據庫管理子系統 調度子系統 幫助 報表輸出 系統水泵信息管理編輯，瀏覽，查詢，報表打印 水泵曲線擬合 系統幫助 小時負荷分析圖 版本信息 管網壓力監測點分布示意圖 管網小時負荷管理編輯，瀏覽，查詢，報表打印 小時負荷預測 　 水泵性能曲線 管網水力信息管理編輯，瀏覽，查詢，報表打印 宏觀模型擬合 文件管理 水廠調度信息管理系統基本調度信息各水廠調度日報編輯，瀏覽，查詢
，報表打印 直接優化調度 退出系統

1.3系統總體結構
　　由數據庫管理子系統與調度子系統兩大功能模塊構成城市供水信息管理與調度系統，系統總體結構如圖2所示。

2　系統軟件研究

2.1　系統開發環境
　　操作系統：Windows 98
　　開發工具(RAD)：通過對目前較流行的編程工具Delphi、VB、VC、VFP的綜合分析與比較，決定選用第四代編程語言Delphi5.0進行軟件開發。Delphi5.0是由美國著名的Borland公司研制的可視化軟件的開發工具，具有高效、最優化、可視化應用程序開發環境和可擴展的數據庫技術。Delphi5.0是高端的基于窗口和面向對象的編程工具，能夠與Windows操作系統緊密結合，運行速度快、具有強大的數據庫功能支持、數據處理功能強大、用戶界面友好、調試方便，不僅能夠開發一般的Windows應用程序，而且還能進行數據庫應用程序的開發。此外，重要的一點在于：Delphi5.0支持BDE、ODBC和ADO三種數據引擎，可以訪問多種數據形式，能夠對Oracle、Microsoft SQL Server、Interbase、DB2等遠程大型企業數據庫進行訪問。
　　軟件配置：
　　Delphi 5.0
　　Microsoft Fortran PowerStation 4.0
　　Microsoft Office 2000
2.2　數據庫結構設計
　　通過對供水管網直接調度優化計算程序所需數據文件的特點分析，針對實際管網將城市供水信息管理與調度系統中的城市供水調度數據庫模塊“數據庫管理子系統”設計為由系統水泵信息管理模塊、水廠調度信息管理模塊、管網水力綜合信息管理模塊、管網小時負荷管理模塊四個功能模塊構成，上述各功能模塊分別對應下列五種形式7個Paradox7.0數據表：
　　①水廠基本調度信息數據表Shop1.db。
　　②三個水廠的調度日報數據表Shop21.db、Shop22.db及Shop23.db。
　　③系統內水泵綜合信息數據表Pump.db。
　　④管網用水量時負荷數據表Forecast.db。
　　⑤管網水力綜合信息數據表Macro.db。
2.3調度模型方法庫設計
　　調度子系統由四個功能模塊構成。
　　①水泵“流量(Q)～揚程［H(Q)］”與“流量(Q)～效率［η(Q)］”曲線擬合模塊Pump.mdp。
　　②管網用水量時負荷預測模塊Forecast.mdp。
　　③管網性能宏觀模型模擬仿真模塊：管網性能宏觀模型一模擬仿真模塊Macro1.mdp與管網性能宏觀模型二模擬仿真模塊Macro2.mdp。
　　④供水管網直接優化調度模塊：正常供水狀態下直接優化調度模塊Dispach.mdp與節水(限壓供水)狀態下直接優化調度模塊KDispach.mdp。

3　系統功能

3.1供水信息管理
　　①編輯：能夠針對系統中的各個數據表文件錄入新增記錄，修改、刪除已有記錄，并對新增記錄或修改記錄進行合法性檢驗。
　　②瀏覽：能夠選擇性瀏覽、查看數據表中部分或全部記錄；將數據表中的部分或全部記錄以所需的格式寫成數據樣本。
　　③查詢：能夠根據輸入的條件，動態查詢出滿足這些條件的記錄。以管網水力信息管理模塊為例：“日期”、“時段”和“監測點名稱”三個條件可以根據需要任意組合，對數據表Macro.db中存貯的管網水力信息(水廠流量、監測點壓力)的歷史記錄進行動態查詢。
　　④打印報表：能夠根據輸入的條件，從數據表中整理出有關記錄并加以統計、匯總，然后以報表的形式顯示(打印預覽)或打印。
3.2管網用水量時負荷變化規律分析圖
　　能夠根據需要從數據表Forecast.db中選取對應的記錄，以兩種形式顯示：
　　①1 d 24個時段用水量時負荷折線圖(見圖3)。

　　　　　

　　②任意時段30 d(1個月)用水量時負荷折線圖(見圖4)。
　　這樣，不僅能夠直觀地觀察管網1 d內各時段用水量變化情況，還可對管網1個月內各天任意一個時段的用水量進行縱向與橫向比較，從而分析得出管網小時負荷的變化規律。
3.3　管網壓力監測點位置分布示意圖
　　能夠直觀、全面地展示管網中各壓力監測點對應的位置(見圖5)。

3.4　水泵性能曲線擬合
　　能夠根據操作人員所選擇的水泵型號，快速、準確地擬合輸出水泵“流量(Q)～揚程曲線［H(Q)］”和“流量(Q)～效率曲線［η(Q)］”，并能根據需要動態地添加水泵性能曲線擬合模型庫內水泵的型號。
3.5　運行優化調度
　　水泵性能曲線擬合模塊與管網用水量時負荷預測模塊、管網性能宏觀模型模擬仿真模塊既能各自成為一個獨立的方法模型行使其功能，又能夠根據需要在供水管網直接優化調度模塊中動態調用，成為供水管網直接優化調度模塊中的子模塊。
　　各功能模塊均實現了城市供水調度數據庫與城市供水調度模型方法庫之間的動態聯接(數據庫編程語言Delphi與工程計算語言Fortran之間的接口)，能夠實現以下功能：
　　①生成樣本數據文件。提供簡單明了的人機對話界面，根據操作人員的需要從相應的調度數據庫中選擇部分或全部數據生成上述各模塊所需的數據樣本，并能夠根據需要對數據樣本進行修改。
　　②運行程序。單擊按鈕，即可實現相應的決策操作(運行*.exe程序)，產生優化結果。
　　③顯示結果。能夠方便地查看經各功能模塊優化計算得出的擬合、仿真和優化結果。
　　④查看源代碼。以只讀的方式查看Fortran源代碼，便于操作人員對源程序(優化方法)的熟悉和理解。

4　結語

　　城市供水信息管理與調度系統不僅能對城市管網中水量水壓及水廠調度信息進行科學管理，還能結合管網小時負荷的歷史數據對管網用水量進行分析，并運用調度模型方法庫中存貯的優化模型進行水泵性能曲線擬合、水量預測、管網建模及優化調度。
　　利用華北某市一中等規模的供水管網對該軟件進行了實際考核，效果滿意，表明此成果達到了可推廣應用程度。

參考文獻：

　　［1］張基溫，王一平.信息系統開發案例(第1輯)［M］.北京：清華大學出版社，1999.
　　［2］袁一星，趙洪賓，高健，等.給水管網綜合信息微機管理系統研究［J］.中國給水排水，1994，10(6)：35-39.

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　　作者簡介：張宏偉(1956-)，男，河南洛陽人，現為天津大學建筑工程學院環境工程系教授，博導，研究方向為環境及給水系統優化。
　　電　　話：(022)2740083027408658
　　收稿日期：2001-04-06