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

　　摘　要：結(jié)合華北某市供水系統(tǒng)開發(fā)了城市供水信息管理與調(diào)度系統(tǒng)，建立了供水信息數(shù)據(jù)庫與供水調(diào)度模型方法庫，并通過兩者的有機(jī)結(jié)合實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)上的城市供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。利用該系統(tǒng)不僅能夠?qū)┧畔?shù)據(jù)庫中存貯的大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，還能夠進(jìn)行水量預(yù)測、管網(wǎng)建模和運行優(yōu)化調(diào)度。經(jīng)考核，該軟件達(dá)到可推廣應(yīng)用程度。
　　關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)；信息數(shù)據(jù)庫；調(diào)度模型方法庫
　　中圖分類號：TU991.6
　　文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)管理與信息資源的二次開發(fā)是實現(xiàn)供水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與優(yōu)化運行的基礎(chǔ)，不僅能夠提高工作效率、增加供水管理的科學(xué)性，還能夠提高管網(wǎng)計算及運行管理的準(zhǔn)確性和可靠性，為各種層次上的最優(yōu)管理和最佳決策提供強(qiáng)有力的支持，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
　　現(xiàn)依據(jù)系統(tǒng)論和最優(yōu)化理論，運用功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫編程語言Delphi5.0開發(fā)了集數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、科學(xué)計算于一體的管網(wǎng)運行管理軟件“城市供水信息管理與調(diào)度系統(tǒng)”，建立了供水信息數(shù)據(jù)庫與供水調(diào)度模型方法庫，并實現(xiàn)了兩者的有機(jī)結(jié)合。

1　系統(tǒng)設(shè)計

1.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程
　　將水廠和管網(wǎng)各類運行信息進(jìn)行分類整理進(jìn)入數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)，管網(wǎng)運行調(diào)度決策模塊可根據(jù)數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)中存貯的數(shù)據(jù)，借助調(diào)度子系統(tǒng)中模型方法庫分類計算，以提供運行調(diào)度決策方案(見圖1)。

1.2系統(tǒng)菜單結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)菜單結(jié)構(gòu)設(shè)計見表1。

表1　系統(tǒng)菜單結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)維護(hù) 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng) 調(diào)度子系統(tǒng) 幫助 報表輸出 系統(tǒng)水泵信息管理編輯，瀏覽，查詢，報表打印 水泵曲線擬合 系統(tǒng)幫助 小時負(fù)荷分析圖 版本信息 管網(wǎng)壓力監(jiān)測點分布示意圖 管網(wǎng)小時負(fù)荷管理編輯，瀏覽，查詢，報表打印 小時負(fù)荷預(yù)測 　 水泵性能曲線 管網(wǎng)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(diào)度信息管理系統(tǒng)基本調(diào)度信息各水廠調(diào)度日報編輯，瀏覽，查詢
，報表打印 直接優(yōu)化調(diào)度 退出系統(tǒng)

1.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　由數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)與調(diào)度子系統(tǒng)兩大功能模塊構(gòu)成城市供水信息管理與調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2　系統(tǒng)軟件研究

2.1　系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境
　　操作系統(tǒng)：Windows 98
　　開發(fā)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(jìn)行軟件開發(fā)。Delphi5.0是由美國著名的Borland公司研制的可視化軟件的開發(fā)工具，具有高效、最優(yōu)化、可視化應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境和可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。Delphi5.0是高端的基于窗口和面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ?，能夠與Windows操作系統(tǒng)緊密結(jié)合，運行速度快、具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能支持、數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大、用戶界面友好、調(diào)試方便，不僅能夠開發(fā)一般的Windows應(yīng)用程序，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的開發(fā)。此外，重要的一點在于：Delphi5.0支持BDE、ODBC和ADO三種數(shù)據(jù)引擎，可以訪問多種數(shù)據(jù)形式，能夠?qū)racle、Microsoft SQL Server、Interbase、DB2等遠(yuǎn)程大型企業(yè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問。
　　軟件配置：
　　Delphi 5.0
　　Microsoft Fortran PowerStation 4.0
　　Microsoft Office 2000
2.2　數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　通過對供水管網(wǎng)直接調(diào)度優(yōu)化計算程序所需數(shù)據(jù)文件的特點分析，針對實際管網(wǎng)將城市供水信息管理與調(diào)度系統(tǒng)中的城市供水調(diào)度數(shù)據(jù)庫模塊“數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)”設(shè)計為由系統(tǒng)水泵信息管理模塊、水廠調(diào)度信息管理模塊、管網(wǎng)水力綜合信息管理模塊、管網(wǎng)小時負(fù)荷管理模塊四個功能模塊構(gòu)成，上述各功能模塊分別對應(yīng)下列五種形式7個Paradox7.0數(shù)據(jù)表：
　?、偎畯S基本調(diào)度信息數(shù)據(jù)表Shop1.db。
　?、谌齻€水廠的調(diào)度日報數(shù)據(jù)表Shop21.db、Shop22.db及Shop23.db。
　?、巯到y(tǒng)內(nèi)水泵綜合信息數(shù)據(jù)表Pump.db。
　?、芄芫W(wǎng)用水量時負(fù)荷數(shù)據(jù)表Forecast.db。
　?、莨芫W(wǎng)水力綜合信息數(shù)據(jù)表Macro.db。
2.3調(diào)度模型方法庫設(shè)計
　　調(diào)度子系統(tǒng)由四個功能模塊構(gòu)成。
　?、偎谩傲髁?Q)～揚(yáng)程［H(Q)］”與“流量(Q)～效率［η(Q)］”曲線擬合模塊Pump.mdp。
　?、诠芫W(wǎng)用水量時負(fù)荷預(yù)測模塊Forecast.mdp。
　?、酃芫W(wǎng)性能宏觀模型模擬仿真模塊：管網(wǎng)性能宏觀模型一模擬仿真模塊Macro1.mdp與管網(wǎng)性能宏觀模型二模擬仿真模塊Macro2.mdp。
　?、芄┧芫W(wǎng)直接優(yōu)化調(diào)度模塊：正常供水狀態(tài)下直接優(yōu)化調(diào)度模塊Dispach.mdp與節(jié)水(限壓供水)狀態(tài)下直接優(yōu)化調(diào)度模塊KDispach.mdp。

3　系統(tǒng)功能

3.1供水信息管理
　?、倬庉嫞耗軌蜥槍ο到y(tǒng)中的各個數(shù)據(jù)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(jìn)行合法性檢驗。
　?、跒g覽：能夠選擇性瀏覽、查看數(shù)據(jù)表中部分或全部記錄；將數(shù)據(jù)表中的部分或全部記錄以所需的格式寫成數(shù)據(jù)樣本。
　?、鄄樵儯耗軌蚋鶕?jù)輸入的條件，動態(tài)查詢出滿足這些條件的記錄。以管網(wǎng)水力信息管理模塊為例：“日期”、“時段”和“監(jiān)測點名稱”三個條件可以根據(jù)需要任意組合，對數(shù)據(jù)表Macro.db中存貯的管網(wǎng)水力信息(水廠流量、監(jiān)測點壓力)的歷史記錄進(jìn)行動態(tài)查詢。
　?、艽蛴蟊恚耗軌蚋鶕?jù)輸入的條件，從數(shù)據(jù)表中整理出有關(guān)記錄并加以統(tǒng)計、匯總，然后以報表的形式顯示(打印預(yù)覽)或打印。
3.2管網(wǎng)用水量時負(fù)荷變化規(guī)律分析圖
　　能夠根據(jù)需要從數(shù)據(jù)表Forecast.db中選取對應(yīng)的記錄，以兩種形式顯示：
　　①1 d 24個時段用水量時負(fù)荷折線圖(見圖3)。

　　　　　

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

3.4　水泵性能曲線擬合
　　能夠根據(jù)操作人員所選擇的水泵型號，快速、準(zhǔn)確地擬合輸出水泵“流量(Q)～揚(yáng)程曲線［H(Q)］”和“流量(Q)～效率曲線［η(Q)］”，并能根據(jù)需要動態(tài)地添加水泵性能曲線擬合模型庫內(nèi)水泵的型號。
3.5　運行優(yōu)化調(diào)度
　　水泵性能曲線擬合模塊與管網(wǎng)用水量時負(fù)荷預(yù)測模塊、管網(wǎng)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(jù)需要在供水管網(wǎng)直接優(yōu)化調(diào)度模塊中動態(tài)調(diào)用，成為供水管網(wǎng)直接優(yōu)化調(diào)度模塊中的子模塊。
　　各功能模塊均實現(xiàn)了城市供水調(diào)度數(shù)據(jù)庫與城市供水調(diào)度模型方法庫之間的動態(tài)聯(lián)接(數(shù)據(jù)庫編程語言Delphi與工程計算語言Fortran之間的接口)，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：
　　①生成樣本數(shù)據(jù)文件。提供簡單明了的人機(jī)對話界面，根據(jù)操作人員的需要從相應(yīng)的調(diào)度數(shù)據(jù)庫中選擇部分或全部數(shù)據(jù)生成上述各模塊所需的數(shù)據(jù)樣本，并能夠根據(jù)需要對數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行修改。
　　②運行程序。單擊按鈕，即可實現(xiàn)相應(yīng)的決策操作(運行*.exe程序)，產(chǎn)生優(yōu)化結(jié)果。
　?、埏@示結(jié)果。能夠方便地查看經(jīng)各功能模塊優(yōu)化計算得出的擬合、仿真和優(yōu)化結(jié)果。
　?、懿榭丛创a。以只讀的方式查看Fortran源代碼，便于操作人員對源程序(優(yōu)化方法)的熟悉和理解。

4　結(jié)語

　　城市供水信息管理與調(diào)度系統(tǒng)不僅能對城市管網(wǎng)中水量水壓及水廠調(diào)度信息進(jìn)行科學(xué)管理，還能結(jié)合管網(wǎng)小時負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)對管網(wǎng)用水量進(jìn)行分析，并運用調(diào)度模型方法庫中存貯的優(yōu)化模型進(jìn)行水泵性能曲線擬合、水量預(yù)測、管網(wǎng)建模及優(yōu)化調(diào)度。
　　利用華北某市一中等規(guī)模的供水管網(wǎng)對該軟件進(jìn)行了實際考核，效果滿意，表明此成果達(dá)到了可推廣應(yīng)用程度。

參考文獻(xiàn)：

　?。?］張基溫，王一平.信息系統(tǒng)開發(fā)案例(第1輯)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1999.
　?。?］袁一星，趙洪賓，高健，等.給水管網(wǎng)綜合信息微機(jī)管理系統(tǒng)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(xiàn)為天津大學(xué)建筑工程學(xué)院環(huán)境工程系教授，博導(dǎo)，研究方向為環(huán)境及給水系統(tǒng)優(yōu)化。
　　電　　話：(022)2740083027408658
　　收稿日期：2001-04-06