康大臣，趙洪賓
哈爾濱建筑大學(xué) 市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾 濱150008

　　摘　要：國際給水界已經(jīng)明確提出服務(wù)質(zhì)量問題，可以預(yù)料，改善服 務(wù)質(zhì)量將是水務(wù)工作下一步著重努力的方向。本文主要探討依靠加強(qiáng)管理對提高給水服務(wù)水 平的效用問題，即對給水工程中管理工作的內(nèi)涵、使用條件、所存在困難及根本局限等進(jìn)行 了闡述。
　　關(guān)鍵詞：給水服務(wù)水平；加強(qiáng)管理；配水系統(tǒng)；模擬技術(shù)； 計(jì)算機(jī)應(yīng)用方式
　　中圖分類號：TU991.6
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　文章編 號：1000-4602(1999)11-0036-03

1 加強(qiáng)管理的涵義及其局限

　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對給水服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高。目前，提高給水服務(wù)水平已成為各國普遍關(guān)注的問題。?
　　1997年在西班牙馬德里召開的世界給水工程會議所編制的《關(guān)于指導(dǎo)各國水司引用新技術(shù)及改善管網(wǎng)管理的方法論的綱要》就旨在考慮引用新的技術(shù)和方法來提高各國水司配水管網(wǎng)的 運(yùn)作水平，即幫助各國改善其水司配水系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量并提高管網(wǎng)本身運(yùn)作效率。?
　　對此，各國目前主要圍繞供水中如何加強(qiáng)管理來開展工作。這里管理的真正涵義是：?
　?、儆?jì)劃：制定出一套基于實(shí)際情況的給水策略及費(fèi)用的現(xiàn)實(shí)執(zhí)行規(guī)劃；?
　?、跇?biāo)準(zhǔn)：通過調(diào)查、討論，確定服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)或服務(wù)水平；?
　　③論證：為引進(jìn)新技術(shù)和方法而進(jìn)行論證。?
　　從水司的管理工作來講，是人在起組織作用，沒有系統(tǒng)本身的自組織行為。加強(qiáng)管理，其適用性或有效性有賴于以下縱橫兩種情況：?
　　①水司在運(yùn)轉(zhuǎn)上所使用設(shè)備滯后于制造業(yè)，在更新時(shí)就要靠管理；?
　　②在現(xiàn)有社會發(fā)展水平上，一個(gè)水司或國家的給水服務(wù)水平同其他水司或國家相比存在各種各樣的差距時(shí)，需要在加強(qiáng)管理上下功夫。?
　　運(yùn)行指標(biāo)的存在就是使我們要時(shí)常保證檢驗(yàn)、控制及維護(hù)各種設(shè)施，以使上述兩種差距不明顯存在。更進(jìn)一步要建立這些為使設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)的指標(biāo)體系，就需要進(jìn)行諸如掌握(運(yùn)行、檢 修)知識、數(shù)據(jù)采集及評估等管理工作。所以在給水服務(wù)水平問題上，國際供水協(xié)會所關(guān)注的主要是各水司或各國對業(yè)已存在的給水技術(shù)應(yīng)用情況，而并非給水技術(shù)乃至思想的徹底變革工作。?
　　對加強(qiáng)管理來說，確定服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)或服務(wù)水平是一項(xiàng)中心任務(wù)。它既是現(xiàn)行給水策略所根本制約的，也是引進(jìn)新技術(shù)和方法的根據(jù)。對現(xiàn)行管網(wǎng)及工作情況進(jìn)行某種意義或標(biāo)準(zhǔn)上的評估 ，將可能直接導(dǎo)致一整套技術(shù)創(chuàng)新或引進(jìn)方略。?
　　加強(qiáng)管理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，為此國際給水組織(IWSA)正積極參與制定并執(zhí)行一個(gè) 一般性的框架，以用來評定水司的運(yùn)行、維護(hù)和其他管理工作。?
　　由于服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)在管理工作中起著中心作用，這使得靠管理方法或思路來把握供水、提高給水服務(wù)水平有根本性的局限。在1997年國際給水工程會議上，人們已經(jīng)普遍認(rèn)識到水司服務(wù)水 平與用戶期望標(biāo)準(zhǔn)之間的差別非常大，似乎根本就不存在一個(gè)形式化的有關(guān)服務(wù) 標(biāo)準(zhǔn)的水平考定體系。對此，葡萄牙土木工程國家實(shí)驗(yàn)室的C.T.Coelho和H.Alegre指出：“給水服務(wù)水平對今日的水工業(yè)來說是關(guān)鍵性問題之一。然而，測度配水系統(tǒng)的供水行為及評估其服務(wù)水平并不是一個(gè)簡單明了、可直來直去的問題。因?yàn)槠渲邪鞣N各樣的因素及觀點(diǎn)，所以也就沒有一個(gè)統(tǒng)一的途徑或明確劃一的行為準(zhǔn)則?！薄皩σ粋€(gè)配水系統(tǒng)的功 能狀況，目前還沒有一個(gè)能明確地對其進(jìn)行把握的辦法，因而也就不得不經(jīng)常地對其進(jìn)行全局性的評估。傳統(tǒng)上一般采用以配水系統(tǒng)分區(qū)分段地來考慮，至今對于整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行 中所遇到的境況也難以找出一種形式化的評估方法?！北M管如此，由于沒有別的思路或 辦法來提高給水服務(wù)水平(包括1997國際給水工程會議人們還是停留在建立指標(biāo)體系這個(gè)工作思路上，還重在從管理上對水司的工作予以評價(jià))，尚沒有從整個(gè)行業(yè)技術(shù)根本發(fā)展的角度對現(xiàn)行給水方式本身進(jìn)行剖析和研究。?
　　實(shí)際上，國際機(jī)構(gòu)早在1983年就開始著手制定面向水司管理狀況的指標(biāo)體系，目前已進(jìn)行近20年，但直到1997國際給水工程會議時(shí)，這項(xiàng)工作還在外圍轉(zhuǎn)。?

2 從模擬技術(shù)看配水系統(tǒng)管理現(xiàn)狀

　　建立形式化服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系本身也是為基于模擬技術(shù)的優(yōu)化來提高給水服務(wù)的。如果有了這么一套形式化的標(biāo)準(zhǔn)，就可以實(shí)現(xiàn)以可靠性為目標(biāo)的優(yōu)化給水，就可以不像現(xiàn)在這 樣，即難以在優(yōu)化工作中將可靠性要求考慮進(jìn)去，而只是以節(jié)能為目標(biāo)。當(dāng)然，國際上開始 建立這個(gè)指標(biāo)體系是按當(dāng)時(shí)的工程理念，但現(xiàn)在看來這個(gè)設(shè)想就不盡現(xiàn)實(shí)與合理。?
　　以目前正呈現(xiàn)的工程理念來講，人的因素夾雜存在，如給水系統(tǒng)和城市用水之間是導(dǎo)致系統(tǒng)服務(wù)水平不高的根本原因。?
　　對配水系統(tǒng)，國際上公認(rèn)的理解是：配水系統(tǒng)的主要功能就是在足夠的壓力下，向其用戶可靠地提供足夠量的優(yōu)質(zhì)水。這個(gè)定義看似簡單，但真要達(dá)到配水系統(tǒng)功能定義所要求的服務(wù)水平卻不是一個(gè)簡單的、同時(shí)也是至今沒有做到的事情。?
　　目前，對配水系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及系統(tǒng)建成后的優(yōu)化運(yùn)行一般是采用考慮水力約束條件而使費(fèi)用降至最低的優(yōu)化思路。這是一個(gè)多目標(biāo)非線性規(guī)劃問題：?
　?、俣嗄繕?biāo)：水力要求；對泵及泵站的調(diào)度；水質(zhì)情況；消毒效果；漏失等。?
　?、诜蔷€性：用水變化的難以確定性；配水系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)性；系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)非線性相關(guān)性 等。?
　　 這些因素使得現(xiàn)有給水策略難以明確有效地關(guān)聯(lián)，因而也就不能保證在任一時(shí)刻供水與配水系統(tǒng)實(shí)際需求的平衡。?
　　現(xiàn)在，城市配水基本上采用以下做法，即在水力要求上是采用對一定區(qū)位一定時(shí)段一定用戶的水量需求進(jìn)行大致預(yù)測；對泵站的優(yōu)化調(diào)度主要是在慢時(shí)間變量和樹狀的簡化系統(tǒng)上模擬進(jìn)行；對水質(zhì)也只是接受出廠水水質(zhì)，保持一定的余氯水平，對管網(wǎng)中的二次污染有一定的結(jié)構(gòu)性預(yù)防措施，但對有機(jī)物污染或給水系統(tǒng)中水質(zhì)的全系統(tǒng)、全過程保證工作尚沒有明確考慮；對管網(wǎng)或配水系統(tǒng)中水質(zhì)，只是考慮管網(wǎng)中余氯的動態(tài)變化，而余氯主要是針對大腸桿菌等病原體的，對病毒及其他危害健康的因素則缺少應(yīng)對措施；目前對漏失的控制主要集 中在對額外的壓力消耗，而沒有充分考慮由于漏失而使系統(tǒng)的配水性能有什么改變等問題。 ?
　　 現(xiàn)在看來，管網(wǎng)建模(Network Modeling)是對預(yù)測配水系統(tǒng)行為最精確和最有效的方法，水司主要采用此技術(shù)來對給水工作加強(qiáng)管理?，F(xiàn)有的建模對管網(wǎng)動力行為按遞階方式分三層進(jìn)行，這種分法主要基于動力理論特征和實(shí)際工程上的雙重考慮：①慢變量層(slow network dynamics)，如蓄水池水量平衡，對此有一專門名稱，即長時(shí)模擬(extended?time simulat ion)；②中變量層(steady state modeling)，如在一個(gè)管網(wǎng)中水頭與流量之間的關(guān)系；
　?、劭熳兞繉?fast dynamics)，如壓力的瞬時(shí)波動，這一層也經(jīng)常稱為瞬態(tài)問題。?
　　在層與層之間還存在著相互作用。例如為了計(jì)算穩(wěn)定流態(tài)中的水量與水壓，就需要知道慢變 量層中的蓄水池水頭；為了計(jì)算水池水量平衡問題，就需要知道中變量層的流量；為了計(jì)算 某一瞬態(tài)變化，就需要知道此前與其后的穩(wěn)定流態(tài)。?
　　現(xiàn)在也有一些一般性的建模開發(fā)環(huán)境，旨在使所有動力層次都被包含在一個(gè)管網(wǎng)模型中。然而，這確實(shí)難以做到，至今幾乎所有商業(yè)性軟件都只能包括一或兩層，而快變量層是管網(wǎng)建模方法根本處理不了的。另外從原則上講，模型開發(fā)與校驗(yàn)本身在科學(xué)上就不是很嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)樗豢杀苊獾匾蕾囉诮Ｕ叩慕?jīng)歷、判斷和偏好等。?
　　面對復(fù)雜系統(tǒng)和多變環(huán)境，模擬技術(shù)的局限性已經(jīng)越來越明顯地體現(xiàn)出來。相對于真實(shí)世界的復(fù)雜性，模擬技術(shù)的“不成熟”是與之俱來的。模擬或建模在給水工程中的應(yīng)用，主要依 賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)在工程上的應(yīng)用主要有兩種，一種是主機(jī)式應(yīng)用，如現(xiàn)在給水工程中的SCADA模式；另一種是嵌入式應(yīng)用，沒有監(jiān)視器，而是將芯片嵌入到設(shè)備之中。模擬只是主機(jī)式應(yīng)用的結(jié)果。?
　　基于此考慮，我們要做的不只是考慮如何發(fā)展或完善模擬方法，而應(yīng)抓住這一方法得以存在 或施用的根本，即計(jì)算機(jī)應(yīng)用方式來做文章。工程實(shí)踐和方法論研究結(jié)果表明，主機(jī)式計(jì)算 機(jī)應(yīng)用方式必然存在對復(fù)雜問題無法應(yīng)對的困境，而嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用方式倒是可以通過某 種基于知識及分布式智能行為的構(gòu)架而使得給水系統(tǒng)能應(yīng)對復(fù)雜、多變的用水環(huán)境。那么，如何實(shí)現(xiàn)嵌入式的計(jì)算機(jī)應(yīng)用就是我們下一步所要研究和討論的問題?？梢哉f，考慮并制定 新的整體服務(wù)框架，使配水系統(tǒng)體現(xiàn)出自組織、自適應(yīng)性，從而根本性地提高給水服務(wù)水平，就是我們應(yīng)該努力達(dá)到的城市給水工程新境界。

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　　電　　話：(0459)5090853(H)
　　收稿日期：1999-07-27