摘 要：城市供水管网是城市不可缺少的基础设施之一。供水管网肩负着将符合水质要求的水安全地输送到各个用户的任务。一旦管网出现爆管事故，将给人们的生产和生活带来极大的不便。本系统的设计旨在通过计算机对供水管网运行进行监控并予以预警。
关键词：城市供水管网 爆管 预警系统 设计 实践
一、 城市供水管网爆管预警模型简介
在管网爆管预警模型中将管网状态分为正常状态和爆管状态。在管网中，当工作泵、高位水池高度、各节点流量、压力运行在一个相对稳定的区间情况下，管网的运行状态是相对稳定的。但是，无论任何管段上出现新增流量时，整个管网的运行状态将随之发生改变。模型中将未出现新增流量的运行状态称为正常状态；出现新增流量后，直到管网重新达到稳定运行前的运行状态称为爆管状态。
节点压力和管段流量是管网运行状态下的两个重要指标。管段流量的变动直接导致整个管网的运行状况的变化。管段流量的变化导致节点水压的同步变化。二者中节点水压尤其敏感。考虑到节点水压是管网中较易获得的资料，预警模型从节点水压的变化入手分析，分析数据是通过对管网的连续监测获得的。
在关于爆管的实际检测中，正常状态的节点水压是通过估计得到的一组模糊值，由此得到的爆管特征值也是一组模糊集。爆管预警这一状态时通过SCADA系统的远程终端测压点传回的测压点水压与正常状态进行估计获得的。故此，爆管特征值，也是一个模糊集。因而对新增流量的定位可以用模糊集的贴近度的概念来进行判别[1]，贴近度最小的点为爆管预警点。
二、城市供水管网爆管预警系统的设计
根据实际管网运行管理及爆管预警判断的要求，本文从以下三个方面对系统进行规划、设计。
1、系统维护
该功能模块的设计是出于系统安全性的考虑。系统通过对系统用户的访问、操作等权限进行设置，来保障系统数据及运行的安全性。系统设计中规定，管理员角色的用户可以添加新用户，普通角色的用户可以对密码进行修改。考虑到系统数据的安全性，系统管理员应该定期对系统进行备份操作。
2、数据维护
管段流量、管网的复杂程度、管道埋深、管道的摩阻以及管网实测数据等都是管网模型中的重要信息。本系统中的数据维护功能模块考虑了管段信息维护、节点信息维护、数据导入三个功能的实现。管段信息维护功能模块中包括：信息添加、管段信息修改、管段信息删除三个子模块；节点信息维护功能模块中包括：节点信息添加、节点信息修改和节点信息删除三个子功能模块；数据导入功能模块中包括SCADA检测数据。
管网运行状态是动态变化的，考虑到管网模型及管网运行状态的相对不确定性，本系统设计中考虑了对管段及节点信息进行添加、修改、删除等操作； 本系统的实现需要使用其它系统的相关数据，因此，在数据维护功能模块中考虑到了数据导入的设计，由于涉及企业的数据安全以及与企业合作尚未深入等问题，这里的数据导入暂时作为一个预留接口。
3、预警判断
本文的研究核心是将监测到的实时压力与节点自由压力进行比较、分析，对爆管特征值进行计算，根据爆管特征值对管网进行贴近度判断，从而为工程技术人员找出最可能发生爆管事故的管段。实时压力可以通过SCADA技术监测数据的读取，现有MapGIS供水管网信息系统中也已有实时监测系统中的实测压力。在本系统中需要读取并保存实测压力数据，读取及保存数据功能在技术方面实现比较容易，但是由于知识产权及企业保密等原因，相关系统的数据库暂不对外提供访问服务，在实验阶段数据的读取通过人工输入代替。随着本课题的深入研究，系统运行实现实验室阶段向实际运行阶段转化后，相关数据库的开放是时间问题。
预警判断功能模块中包括自由压力计算和爆管预警判断两个子模块。自由压力计算子模块实现对各节点的自由压力计算，并直观显示各节点流量、节点标高、节点初始压力、节点压力以及节点自由压力等数据；爆管预警判断中将自由压力与实际监测压力进行比较，并给出决策参考。
三、城市供水管网爆管预警系统实践
1、城市供水管网爆管预警系统实践
系统设计完成后，将本文中通过GIS平台构建的管网模型的各管段、节点的相关数据录入系统数据库中，使用系统计算节点自由压力，经工程技术人员分析认为节点自由压力运行在合理范围之内；将本文管网模型中的节点的历史数据代入本系统进行实践，管道爆管预警决策结果与实际管网运行状态进行比对，预警结果与管网实际运行情况一致度达到了90%以上。
2、城市供水管网爆管预警系统实践分析
从实验结果来看，本文提出预警模型是可行的，但仍然有不足之处，主要有以下几点：
（1）现有系统只完成了管网模型压力计算、使用模糊集贴近度判断对管道爆管进行决策支持，与GIS系统的紧密结合度有待加强，由于系统尚未成熟，因此与其它多个在用系统间的数据共享尚未实现。
（2）利用的数据资料不够全面，可能不能覆盖所有的城市供水管网。本文中的数据来源于某市城西区域，时间原因，未将其他区域数据进行实验，因此本文中的预警模型可能通用性不够。
四、结语
通过对该系统的实践表明，该预警系统基本能够对城市供水管网爆管进行正确预警，具有一定的决策参考价值。
在不久的将来，随着城市供水管网中水压监测点和水流监测点的增多，水压监测点和水流监测点的数据通过SCADA技术可以实时传送到终端，同时对GIS系统、收费系统、管网压力监控系统进行整合，利用网络数据库，形成多系统的资源共享与利用，供水企业的信息化建设必将得到进一步推进，生产决策能力也将得到大幅度提高。
徐玉岩，1979-，硕士，山西长治人，浙江商业职业技术学院，讲师，研究方向为软件工程、软件开发。
和宇鹏，1980-，大学本科，山西长治人，杭州市水业集团，工程师。
[1] 李凌峰. 基于SCADA系统的供水管网检漏检爆[D]. 西安建筑科技大学学位论文, 2005.5.
