水厂调度方案范文

导语：如何才能写好一篇水厂调度方案，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：水电厂；运行；调度方案

Abstract: It should make an effective operation regulation plan of how to give consideration to operation and maintenance hydropower plant, and reasonably utilize hydroenergy to achieve the benefit maximization. This paper analyzes and summarizes the scheduling schemes.

Keywords: hydropower plants; operation; scheduling schemes

中图分类号：[TM622]文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

一、概况:

广东省英德市白石窑水电厂位于北江干流中段,下距英德市区25公里,电厂装有四台单机容量为18MW（额定流量为263m3/s），和一台单机容量为20MW的国产灯泡贯流式水轮发电机组,总装机容量为92MW,设计水头7.8m,多年平均发电量3.15亿kw・h。

二、问题的提出

水电厂是利用水能发电产生经济效益的，由水轮机出力公式：

N＝9.81η（上下Δh）Q

式中：N：机组出力（KW）；

η：机组效率η=85%~95%；

Q：机组过流量（m 3/s）；

上、下、Δh ：分别为上游水位、下游水位及水头损失（m）。

从上式可看出：

1、在机组过流量一定时，机组出力与工作水头成正比；

2、机组在额定出力运行时，机组过流量与工作水头成反比。

为了最大限度利用流入水库的水，追求利益最大化，在保证水工建筑的安全前提下尽量提高上游水位，减少机组发电单位耗水量，这在非汛期或机组有足够调节裕量时是合理的。

但在汛期，由于上游来水较多，且流量多变，机组全都是运行的，调节裕量很小。如果上游水位定得过高，当入库流量大于发电流量或机组因故停机检修时，对于库容调节能力很小的径流式电厂，必然会出现弃水现象，这样就会损失宝贵的水利资源。因此，为了更加合理地利用水能，必须降低上游水位，增加水库调节能力。但是，如果上游水位降得过低，当入库流量与发电流量相差不大且机组安全可靠时，机组发电单位耗水量必然增加，从而减少了水能利用率，达不到经济运行的目的。

另一方面，由于径流式电厂库容调节能力很小，一般情况下，上游来多少水，就有多少水用来发电，而上游来水是多变的，机组额定过流量是固定的。当入库流量与机组额定过流量不是倍数关系时，这就涉及机组开启台数与所带负荷的问题

可见，合理确定上游水位与机组开启台数及所带负荷是电厂优化调度的核心问题。

三、运行调度方案计算

现以白石窑水电厂为例，进行运行调度方案计算。

当入库流量大于机组发电流量，可将上游水位设为设计水位，机组在保证安全前提，尽可能多满发多发。

当入库流量不大于机组发电流量时，应根据机组可调裕量及水库库容确定上游水位。在分析机组可调裕量，必须考虑机组在正常运行时，因故停机及处理事故检修所用的时间，如下表所示：

因此，为了保证不弃水，水库最小调节库容=机组额定流量×14440（m 3）。

（一）、上游水位的选择

1、电厂最大出力时，最小入库流量Q0的确定

根据机组出力公式N＝9.81η（上下Δh）Q

式中N：电厂额定容量N＝92MW；

η：机组综合效率，假设η＝0.93；

Δh:水头损失Δh＝0.5米

上:上游水位上＝36.5米

下:下游水位下，由流量与下游水位表查得。

经试算，当Q＝1240m3/s,下＝27.43米可满足上式，查此时水轮机运转曲线，水轮机效率η水＝0.945，取发电机η发＝0.985，则机组综合效率η＝0.945×0.985＝0.931，接近假设值，合理。

所以电厂最大出力时，最小入库流量Q0＝1240m3/s。

2、上游水位的选择

当入库流量等于1240m3/s时，可按36.5米运行，但不推荐，因为水库无调节库容。

假设一台机因故障退出运行，需要4小时才能抢修完成。由上游水位与库容表查得36.5米对应的库容为11180万m3，经简化计算11180－0.0263×3600×4=10801万m3。从水位与库容表查得对应的上游水位为36.42米。

当入库流量小于或等于977m3/s时，而机组可调负荷为92MW时，上游水位可按36.5米运行。

当入库流量977＜Q≤1240时，可用插值法确定上游水位，即：

上＝36.42+6.3×10－4×（1240－Q）。

（二）、根据入库流量选择机组运行方式

当入库流量大于或等于1240m3/s时，所有机组都在最大负荷下运行。

当入库流量小于1240m3/s时，为了维持上游水位不变，可令机组过流量等于入库流量，机组按成组调节方式运行。先做出几个特征点，如以下所示：

由水轮机综合运转曲线可知，当净水头大于8.54米，且水轮机出力大于12.2MW（即发电机有功为12MW）时，水轮机的效率均大于93%。为了保证水轮机在安全高效区域运行，水轮机出力范围为12.2~20.413 MW，对应的发电机有功为12~20 MW。

根据水轮机综合运转曲线，绘出入库流量与机组运行方式关系表

（三）、上游水位的超前调度

1、根据天气预报，上游库区有强降雨时，电厂应在一天前开启所有机组，且在额定出力下运行，尽量腾空库容，按电厂调度小组指示，迎接洪峰的到来。

2、当上游孟洲坝电厂出库流量超过为800m3/s，且1小时内流量明显较大增加迹象或里电厂出库流量超过1000m3/s时，应引起足够重视。立即与上游电厂联系，了解上游电厂运行情况，同时开启所有备用机组，所有机组均在额定出力下运行，尽量腾空库容，避免弃水。

四、结束语

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关键词：原水泵房；清水池；多目标动态规划；优化调度

随着峰谷电价政策的施行，不同调度时段的电价差异较大，导致在不同调度时段，同样的耗电量所需要支付的电费差距较大。因此根据新的电价政策调整不同调度时段的泵房调度策略，可以达到降低电费成本，提高水厂的经济效益的目的[1]。

在实际的工程应用中，调度员所需要综合考虑水池蓄水量，泵站运行时间和开启次数以及泵站运行费用等多种因素。原水泵房优化调度是一类复杂的有约束非线性规划问题， 由于连续变量与离散变量的综合作用，以及水泵模型的多变量耦合、强非线性特征的影响，使其建模和求解难度较大。以往的研究倾向于将泵房优化调度问题简化为一个求解运行费用最低的单目标问题，导致模型求解的结果可能无法满足其它实际条件[2]。

1.原水泵房优化调度的数学模型

根据实际情况，以原水泵房运行费用最低为第一目标函数，以清水池水位最高和开泵方案切换次数最少为并列第二目标函数。建立原水泵房优化调度的多目标模型。

1.1 目标函数

1.1.1原水泵房的运行费用：

1.1.2调度周期结束时清水池的水位：

1.1.3开泵方案切换次数：

其中， ――第 调度时段 号水泵的开关状态参数，0表示开，1表示关；开泵方案计算公式表明任一水泵的开启或关闭，开泵方案切换次数都会增加一次。

1.2 约束条件

1.2.1处理构筑物处理能力限制

为了确保水厂安全运行，在整个调度周期中，原水泵房的送水量必须满足各级水处理构筑物的处理能力限制。

1.2.2清水池水位限制

原水经处理构筑物处理后，进入清水池，再由送水泵房将清水池的储存水送至用户。在整个过程中，清水池水位不能低于安全生产最低水位，也不能超出清水池的最高警戒水位。

2.利用动态规划方法求解原水泵房优化调度模型

通过将时间参数离散化，将原水泵房的优化调度问题转换为一个多目标多阶段的离散决策过程，利用动态规划方法对原水泵房优化调度模型进行求解。

2.1状态空间的划分

将原水泵房运行费用函数作为主目标函数，将清水池水位进行分段，利用清水池水位分段数和开泵方案的切换次数联合划分状态空间。

2.2状态转移函数

随着每阶段的决策的执行，指标函数会随之发生变化，可用状态转移函数来衡量指标函数的具体变化。本课题中，共有三个目标函数，即需要建立三个状态转移方程。

2.2.1原水泵房的运行费用转移方程：

2.2.2清水池的水位转移方程：

2.2.3开泵方案切换次数转移方程

3.模型求解结果分析

采用郑州市某水厂2008年3月28-30日的运行数据进行计算，运用动态规划方法对原水泵房的优化调度问题进行求解。郑州市的分时电价计价方式如表3.1所示，计算结果如表3.2、图3.1、3.2所示。

在人工调度中已考虑利用分时电价和清水池容积以降低运行费用的基础上，采用多目标动态规划方法能够进一步优化调度，与实际运行费用相比大约下降1.5-2%。下降幅度不大的主要原因是清水池的调蓄容积有限，仅为水厂日供水量的5%。

4.结论

泵站优化调度效果的主要影响因素是水池调蓄容积和电价。水池的调蓄容积越大，优化调度的潜力越大；电价分段数越多，各级电价差异越大，优化调度的经济效益越显著。

参考文献

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关键词：地理信息系统；决策支持系统；水资源优化配置；数据库

中图分类号：F323.213文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)29-7152-03

The Design and Development of Decision Support System for Optimal Distribution of Water Resources Based on GIS

LI Gui-xiang1, WEN Jin-hua2, SU Zhi-jun1

(1.Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Hangzhou 311231, China; 2.Zhejiang Institute of Hydraulics & Estuary, Hangzhou 310020, China)

Abstract: For rational and effective allocation of an area of water resources, using modern technologies, It will greatly improve the science of distribution to establish a decision support system for optimal distribution of water resources. According to the characteristics of water resources of Yuyao, this paper puts forward a set of solving schemes for decision support system for optimal distribution of water resources based on GIS, these include system structure, database design and model of a library design etc. It will be provide platform for integrated water and information in Yuyao area.

Key words: GIS; decision support system; optimal distribution of water resources; database

随着国民经济的快速发展和城市化进程的加快，水资源的供需矛盾更加突出，水环境治理压力增大，为解决优质水资源短缺问题和水环境治理问题，利用现代化技术开发水资源优化配置系统，可以提高管理部门的管理水平，实现水资源的合理调度、合理配置[1]，对水资源的可持续发展和建设节水型社会有重要的意义。

1 系统分析

余姚市位于浙江省北部，地处美丽富庶的长江三角洲，北濒杭州湾、南屏四明山、西连上虞市、东接宁波市，面积1527km2，人口82万，为宁绍平原的中心，多年平均年地表径流量为11亿m3；地下水资源量为1.12亿m3，但地下水可开采量较少。全市有河道1700多km，河面约3266万m2，正常高水位时蓄水量8000万m3左右，现状水面率约为5.2%。人均水资源占有量偏少，只有1330m3。如何优化配置好有限的水资源，保证生活、生产和环境等多方面协调发展是一项十分重要的任务。

水资源优化配置涉及的因素有地形、地貌、地质构造、水文地质条件、水源情况、河流水系、水文气象、植被、土壤和工农业生产发展情况等，因素多，环境复杂，影响范围大，各因素涉及到的数据来源于不同的管理部门，分布在不同的时间、空间范围内。计算机技术和GIS技术等技术为水资源优化配置决策支持系统提供了技术支撑。

地理信息系统（Geographic information system 简称GIS）是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个新兴技术，是一个能够对空间相关数据进行采集、管理、分析和可视化输出的计算机信息系统。由于水资源管理所需数据牵涉到各种空间特性，所以将GIS技术作为整个决策支持系统的平台，对于水资源的信息管理能提供更直观、有效和方便的手段[2]。

2 系统设计

2.1 系统结构

整个系统综合利用各种数据p信息p知识p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p模型库系统和数据库系统三大部件组成。

因为水资源管理系统设计到的地理范围、时间跨度较大，而且数据量巨大，考虑到数据管理效率和响应时间，采用了浏览器/服务器（Browse/Server）结构和客户/服务器（Client/Server）相结合的方式，其中模型计算部分需要大量计算，有大量用户交互和通讯数据，对实时控制有很高要求，对这部分采用C/S模式。模型调度模拟后的信息、信息查询等，采用了B/S结构。

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（SQL SERVER2000）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，其结构如图1所示。

3.1 信息查询系统

3.1.1 工程查询

1）水源工程：显示水库的相关信息。

2）输水工程：显示输水管渠的相关信息。

3）自来水厂：显示自来水厂的相关信息。

4）农业灌区：显示水库灌区的相关信息。

3.1.2 供用水查询

1）水库蓄水量：查询当前水库蓄水量情况。

2）用水计划：查询当前月各水厂用水计划。

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

1）主要水源地（水库）：查询主要水源地的水质评价结果。

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。提供专题图功能，将属性数据在地图上以图示化表示，反映其空间分布态势，如图2所示。

3.3 决策支持系统

3.3.1 零维水质调度

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，预测结果如图3所示。

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）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。

4）模型说明

对水质调度的模型的说明文本。

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

1）水质预测

水质预测是对整个河网的水质进行预测。模型需要输入预测开始时间及预测天数和时段步长，输入边界的水位流量、NH4浓度和COD浓度。通过模型计算后得到河网内部各断面水位流量、NH4浓度和COD浓度过程。

2）水质改善方案

水质改善方案主要是指在引水条件下对四个计算区块的水质进行预测。模型需要输入预测开始时间及预测天数和时段步长，输入四个区块（姚西北，西上河，姚中，姚江）中任一个、水位流量、NH4浓度和COD浓度。通过模型计算后得到相应的各断面水位流量、NH4浓度和COD浓度过程，计算结果如图4所示。

3）模型说明

对水质调度的模型的说明文本。

4）验证情况

对水质调度的模型验证情况说明。

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。

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。

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）模型说明

对水量调度的模型的说明文本。

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。

1）用户管理

不同权限的用户可进行的操作不一样，用户权限分系统管理员、模型管理员、数据管理员和普通用户四级，管理员可以增加、删除用户，修改用户权限级别，也可以维护数据库及模型库内容；数据管理员可以进行数据维护及模型调度；模型管理员可以进行模型维护及模型调度操作；普通用户没有维护权限只能登录本系统查看信息及进行模型调度。

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）模型维护

对模型的参数进行修正。

3.5 系统帮助子系统

提供了可视化的帮助界面，方便用户使用。

4 结束语

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[3]，本文以GIS技术为支撑，提出了水资源优化配置解决方案，对实现水资源管理的现代化和决策的科学化提供了重要的途径。

参考文献：

[1] 汝绪伟,孙灵文,朱运海.基于GIS的区域水资源管理决策支持系统[J].科学与管理,2008(6).

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关键词 能耗；高位水池；管径；可靠性

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0092-02

随着城市突飞猛进快速发展，城市供水紧张与降低供水能耗，节约投资的同时节约运行成本，成为管理层、设计人员以及用户深刻关注的问题。我们不但要合理开发能源、利用能源的同时还要合理利用掌握的有限能力分配能源。本文结合花溪小孟工业园区供水工程实例，从节约投资、降低能耗同时稳定安全运行角度分析水库供水。

1 背景与规划

1.1 工程背景

随着贵阳市城市发展，城镇居民用水需求量日益增加，贵阳市总体供水规模日需加大。根据预测，近期重点实施区最高日用水量5.33万m3/日，日变化系数1.2，平均日用水量4.44万m3/日。

基于本文分析依托小孟生态工业园区供水工程案例，以下介绍围绕园区相关规划、建设展开描述。

1.2 供水规划

按照珠江水系开发利用的总体规划，在珠江水系上主要开发利用马林泉水、老榜河和赵司河，分别新建红岩水库、老榜河水库和栗木水库。

1.3 拟建水厂

孟关新建孟关水厂向小孟生态工业园区、小河片区及花溪片区供水，孟关水厂规划总规模15万m3/日，根据水源建设时序，水厂分三期建成，一期随着老榜河、栗木水库建设同步新建孟关水厂一期，供水规模2.5万m3/日，二期随着黔中水利枢纽建设同步建设7.5万m3/日供水规模，三期随着红岩水库建设同步建设三期5万m3/日供水规模，工程为多水源，联合调度供水，孟关水厂规划拟建在孟关集镇的东南部，南环线东侧，占地面积7公顷，场地标高1140 m。

2 工程概况

本工程水源为新建水库―水场堡水库，水库位于花溪区黔陶乡的盖打坡附近，所处流域为老榜河，为珠江流域涟江左岸的一级支流，距黔陶乡2.8 km，推荐坝址地理坐标为东经106°44'19"，北纬26°21'44"左右。主要任务是工业供水和农业灌溉，主要为贵阳市南部片区小孟工业园等供水，满足城镇建设发展需要，灌溉范围为青岩镇、黔陶乡1100亩农田。水场堡水库正常蓄水位1082.00 m，死水位1063.00 m，水库总库容为1225万m3，死库容29.9万m3，年供水量1390.70万m3，其中P=95%毛供水量为1333.70万m3/a，P=80%灌溉用水量57万m3/a。

3 方案比选

3.1 供水方案比选

1）高位水池方案。坝体取水，通过闸阀室后经φ800吸水管，至大坝下游约142 m河道右岸泵房，泵房地面高程为1061.12 m，压力管管径为φ800长1 km，输水管从取水泵房引出后，沿地表顺地形布置，经杨黄大地到达炸药厂后山高位水池，高位水池，池底高程1154.85 m，出水口高程为1156.13 m，水面高程1159.14 m。基础置于开挖后的强风化基岩上，从高位水池出来后，管道一路下行，从南至北先后经黑石头林场、黄泥关、营盘山、上板桥到达规划孟关水厂，输水管为φ700夹砂玻璃管，管线总长6.64 km。

2）水库直接取水方案。坝体取水，通过闸阀室后由管道泵直接抽水至水厂，管道管径φ700长7.78 km，沿地表顺地形布置，经杨黄大地到达炸药厂后沿线布置。从南至北先后经黑石头林场、黄泥关、营盘山、上板桥到达规划孟关水厂。

两个方案管线布置基本相同，详见表1。

综上所述，受地形条件限制，高位水池方案从保证率、供水地形、安全性和经济比较均优于不设水池方案。

3.2 管径方案比选

1）输水管材的选择。钢管：具有很高的强度和不透水性，可以承受较高的内压和外压，管件加工方便，使用性强，敷设较不方便，适应性强，管子刚度较大，不易变形，特别适用于地形复杂的地段，采用钢管较方便且管理维护方便，一次防腐后使用年限较长。但管子造价较高，重量较大，不易搬运；其接口形式比较灵活，可法兰及焊接连接。

玻璃钢夹砂管：耐腐蚀性优，可根据输送介质选择不同的耐腐蚀管道。机械强度大，管道内壁光滑，相同流量下，管径可予缩小，温度适应性强，重量轻，寿命长，质轻，运 输便利，施工费用低，无须维修，使用寿命长。保持水质，无毒，输送饮水用水，能保持长期水质卫生，适用于埋管和较大管径。硬度较钢管低，对回填料及施工质量要求高。目前大口径玻璃钢管常用的工作压力在1.6 MPa以下。

2）管径的确定。工程选用夹砂玻璃钢管管材，按PE管计算水损，根据《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004）6.0.12计算水头损失，局部水头损失按沿程水头损失8%计算。

单位管长水头损失i（m/m）

式中：Q―管段流量，m?/s；

d―管道内径，m。

抽水装置所需电能Э（kW・h）

式中：H―水泵扬程（m）；

W―抽水装置在工作时间内抽送水的体积（m?）；

ηH・Y―泵电动机、动力变压器、电缆、动力机与泵之间传动装置的效率之积。

从经济角度，DN700管径较DN600高出18.5万元，投资效益不足两年可收回。DN800较DN700高出46.58万元，投资效益需3年多收回；水力分析角度，DN700管径流速较为适中，每公里水头损失较为适中；管道和能耗角度，DN700管径较上下两种管径差值较小，因此，方案选定DN700管径。

4 结论

通过上述分析，工程降低一次性投入成本，降低运行能耗，稳定安全运行，不仅仅要从工程实际条件出发，紧紧围绕工程布局如高位水池的选址以及结合供水对象进行输水管的布置和选型。其重点主要表现为以下几点。

1）工程为多水源多水厂联合调度，大大增加了工程的可靠性，使得原本为提高保证率应该为双管供水调整为单管供水，同时也降低了本工程的总投资及能耗。

2）水厂设有清水池调节供水，使得本工程高位水池负担降低，主要从稳定水压减少水锤角度，仅仅设计了500 m3容积，同样也降低了工程总投资。

3）输水管的选址，避免了管路敷设长度增加、构筑物增加造成浪费。管型的对比，降低了管路能耗，综合一次性投资和运行成本比较，选择合理、经济的运行方案。

参考文献

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[关键字]市政供水系统 安全问题 对策

[中图分类号] TV674 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-255-1

对于我国市政供水系统而言，其主要具有开放性、基础性及其复杂性等特征，且市政供水系统容易受到污染及其他相关突发事件的影响，因此，如何确保我国市政供水系统的安全运行，避免安全事故对广大人民带来极为严重的危害及影响，是当前摆在市政供水系统安全管理部门面前的重大课题。总体而言，我国市政供水系统所具有的特点及其面临的安全威胁为我国市政供水系统的应急系统及问题处理机制提出了更高的要求，因此，必须建立健全我国供水系统应急处理体系，以确保人民群众的生命健康安全。

1我国市政供水系统安全方面存在的问题分析

1.1安全方面的问题缺乏全面的考虑

由于我国市政供水系统发展时间短，且为了同我国不断加快的城市化进程相适应，市政供水系统在设计方面先天不足，在市政供水系统的设计过程中所使用的施工规范及其相关技术标准太过追求同国际化相接轨，并未对我国实际情况进行深刻的认识，因而对于很多非传统性供水系统方面的安全问题缺乏一个全面细致的考虑，因而导致我国市供水系统多数均存在着较为严重的安全隐患。

1.2市政供水水源单一化现象严重

作为市政供水系统安全方面十分关键的因素之一，水源问题一直都是相关领域的关注重点，为防止水源单一化情况而导致市政供水系统的全面停运，进而对人们的日常生活带来严重的影响，必须积极发展多水源化。因历史及经济等原因，目前我国市政供水系统的建设过程对于技术经济条件相对较好的水源太过于依赖，这就导致我国多数城市供水系统水源的单一化，这将会为供水系统带来严重的安全隐患，一旦水源枯竭或受到污染，将会造成供水危机的出现，并带来十分严重的城市供水荒。

1.3供水系统安全方面的建设较为落后

由于我国市政供水系统后期只注重建设，不注重安全理论研究方面的投入，因而导致市政供水系统应急能力体系的缺乏，甚至确保应急状态下供水系统的正常运行及其水质的安全性这一最基本的方面都没有一个协调有效的工作机制。因此，有关此方面的研究及建设亟待深入和发展。

1.4其他安全方面的隐患

对于市政供水系统而言，其安全性方面除了上述所提到的先天不足及其他安全方面的隐患以外，还有不少安全隐患来自于因工业的生产过程、企业施工工艺需要、油气泄漏等情况，这些均会为我国市政供水系统的安全性带来十分严重的威胁。

2加强我国市政供水系统安全性的对策分析

针对上述安全问题，再加上我国市政供水管网系统自身的错综复杂性等方面因素的影响，要想对市政供水系统进行科学化管理难度很大。特别在突发性污染事故出现时，仅凭经验进行应急措施的制定缺乏足够的科学依据，因此，进行市政供水系统数学模型的建立势在必行。以我国城市规模为依据进行供水系统数据库的建立，以便对系统相关数据进行有效管理，并为相关数学模型的构建提供相应的平台，例如水泵站、水源、水厂属性、管道属性、管道附件、用户水量计量等数据库，并进行用水量预测模型的构建，以供水系统运行相关数据为依据，采用计算机对正常状态供水管网的运行状态进行模拟，并对供水系统的运行工况进行实时反映，以便为安全事故下应急措施的有效制定和实施提供相应的技术支持，以下针对如何提高市政供水系统安全性方面的对策进行具体分析。

2.1对供水管网的脆弱性进行分析，并进行改建方案的制定

面对供水系统安全需求方面的逐步提高，必须对市政供水系统方面存在的安全隐患进行重新审视和评价，以提高其应急处理能力，而市政供水系统突发事故应急预案的基础即脆弱性分析，其不仅能够对系统可能存在的薄弱环节进行检验，还可以对如何减少风险确定一套合理有效的方法。以市政供水系统数学模型为基础，结合模拟结果对供水管网进行脆弱性分析，确定系统中的重要控制点及有关临界范围，并进行全程监控系统构建及相应校正措施的制定，以提高供水管网系统在应急情况下的应变处理能力。

2.2有关多水源化方面的改造

为了切实提高市政供水系统的应急能力，应进行多水源化方面的改造。一方面，先进行多水源化可行性方面的研究，并对备用水源建设的经济性进行综合性评价，并给出相应的改造方案。另一方面，对跨流域引水的可行性进行研究，并进行多水源保障体系的建立，以不断提高区域的自救能力。此外，还应对供水危机的产生规律及水资源特点进行研究，并对应急水资源的储备方案进行确定，以提高系统的应急能力。

2.3各水厂之间进行协调性调度

应就应急情况下供水水源的削减方案进行分析，遵循“以供定需”的原则，在控制用水总量的前提下对用户进行分类，并对其用水优先次序进行调整，进行应急水量调度预案的制定。为各个水源供水的协调调度提供相应的依据。同时，应将各个水厂的生产运行参数送至调度中心，通过优化配置及模拟仿真来对各水厂的应急运行工况进行优化，对各水厂间供水情况的优化调度方案进行确定，确保应急情况下水质及水量的要求得以满足。

3结语

有关市政供水系统方面安全性主要体现在市政供水系统突发事故的响应速度及其应对能力方面，为了将突发事故对人们生活用水所带来的影响降至最低程度，必须进一步提升我国市政供水系统的应急处理能力，针对市政供水管路中存在的薄弱环节进行相应地补救，以便有效提升市政供水系统在供需方面的平衡能力，同时，还要注意进行多种调度及监控技术的应用，以进一步优化市政供水网络，推动我国市政供水系统的不断发展和完善。

参考文献

篇6

【关键词】泵站 远程监控 集中管理

中山市三乡镇毗邻沿海，经常受到咸潮的侵袭，严重影响人民的生产生活。本工程是中山市三乡镇一项应急抗咸工程，属于民生工程。龙潭加压泵站坐落在龙潭水库附近，主要由高、低压配电柜和三台水泵电机组组成，规划规模为：10万吨/日。咸潮期通过加压泵站和DN1200管将龙潭水库水提升到南龙水厂抗咸，缓解三乡镇咸潮期的供水状况。本系统主要是实现龙潭泵站的远程自动控制和视频报警监控。

1实现的功能目标

实现泵站远程监控，达到无人值守目的。

（1）建设泵站自动控制系统，实现南龙水厂中控室对龙潭泵站的远程监控。

（2）增加龙潭泵房视频系统，优化南龙水厂原有视频系统，并实现南龙水厂中控室对厂区内部和龙潭泵站的监视。

（3）建设报警系统，实现南龙水厂中控室对龙潭泵站远程撤防、布防。

2方案

2.1 网络设计

在龙潭泵房和南龙水厂之间铺设一条6芯多模光纤，两芯用来传输PLC控制信号，两芯用来视频传输（即将控制网和视频网分开传输），剩下的两芯备用。

（1）自控网络设计。保留南龙水厂原有光纤控制环网（分别为中控室站、滤池PLC站、加药加氯PLC站），在龙潭泵房设置一个PLC控制站，将新建的龙潭泵房PLC控制站作为一个支点添加到原有控制网中。

（2）视频网络设计。南龙水厂厂区原采用“模拟摄像机+硬盘刻录机+显示器”的方式，由于南龙厂区内原有视频系统比较旧，硬件升级潜力小，而且经常受到雷击损坏，视频处理效果不太理想。故建议更换旧的视频处理设备，改为质量比较好的海康威视产品。把原有摄像头模拟信号接入到新的海康威视硬盘刻录机中。新建的龙潭泵站视频系统则采用“模拟摄像机+硬盘刻录机+交换机+电脑（含视频管理软件）”方式，即在龙潭泵房配置模拟摄像机，在本地的硬盘刻录机存储并转换为数字信号，通过交换机传回到中控室视频电脑，在中控室远程操作泵站摄像机。实现了对原水厂和新泵站视频的统一管理。

总体的系统网络框图见如下图1。

图1 系统网络框图

2.2 泵站自动控制设计

2.2.1 龙潭PLC站

该站点负责龙潭泵站现场3台水泵、5个电动阀门的控制（包含水泵、阀门的单独控制，及水泵和相应出水阀联动控制功能），及检测高、低压控制柜的电流、电压状况。

（1）PLC选型：选择西门子300系列PLC，与南龙水厂厂区PLC同品牌，不仅可以实现与南龙水厂西门子WINCC上位机软件进行无缝连接，也方便泵站日后的扩展及维护管理。

（2）配置DI 模块读取开关量设备状态；配置DO模块传送设备控制信号；配置AI模块读取压力、开度等模拟信号，并留有20%的I/O富余量。

软件控制流程为：PLC暖启动（复位）--->打开数据块YiBiao.DB--->电量输入处理--->温度输入处理--->其他模拟量输入处理--->A＼B＼C电动阀控制功能---> 1#＼2#＼3#泵阀控制功能--->命令复位及故障处理功能--->打开数据块YiBiao.DB--->如此循环。。。

2.2.2 其他两个电动阀的控制

利用南龙水厂加药加氯车间原有PLC的DI/DO富余量，将两个阀门的开关量接入，无需另外配置CPU。

2.2.3 电磁流量计监控

在旧的加药加氯300PLC，配置一个prufibus转modbus模块，将流量计信号通过modbus方式接入到PLC中。

2.2.3 上位机组态

在南龙水厂原有WINCC上位机控制系统上添加泵站监控画面。

（1）实时显示泵站水泵、阀门的开关状态，及压力、电流、电压、流量、液位、温度等数据。（2）添加报表、及曲线分析功能，完善后台数据处理。（3）有故障报警、高液位报警、超压报警等提示功能。

2.3 视频报警系统设计

在泵站现场配置5个摄像头，分别对高、低压配电房、泵房、门口等重要场所进行监控，视频信号通过本地硬盘录像机（含硬盘）转换为数字信号传回南龙水厂中控室视频电脑，然后进行远程管理。

（1）流畅画面传输；（2）近一个月的画面存储；（3）具夜视功能；（4）报警与视频联动，当有人闯入时自动弹出相应视频界面，并报警。中控室人员可实现远程报警撤防、布防。

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【关键词】计算机监控；SCADA；PC S7；EtherNet；通讯

0 引言

丹东市净水厂是丹东市自来水公司第一间具有深度处理的全自动化的10万m3/d饮用净水生产厂，其自动化系统要求以安全可靠、优质供水、节能降耗、管理方便为设计原则。从实际出发，使水厂仪表检测和自动化控制达到国内同行先进水平。本方案中涉及到净水厂从原水到用户供水整个工艺流程。具体流程如下：

原水稳压配水井（消毒、加药）机械混合池折板絮凝池斜板沉淀池V型滤池清水池送水泵房市区配水管网用户。在整个生产流程过程中涉及到每个工艺环节的自动化控制及优化过程都决定了整个净水厂自动化控制系统的先进性、稳定性、科学性。

1 系统设计

依据我们国内的供水系统的实际情形和我们的水处理工程经验，本着自控制领域的发展趋势，依据简单实用、安全可靠、先进的原则，充分发挥西门子自动化产品的软硬件优势，以PC S7开放的总线网络和硬件平台EtherNet为核心，利用先进的PLC、网络架构、驱动及工控产品为用户提供了一个由现场在线仪表、PLC、计算机组成的开放性多级化的、模块多任务的、可扩展的监视和数据采集系统。[1]这是一个完整的从现场级到工厂管理级的自动化解决方案，帮助水厂降低单位能耗，提高产品质量，从而提高自身在市场上的竞争力。

整个水厂的I/O数据形式多样，信息量大，对系统要求高。控制及监控任务不仅仅是单台系统的控制和数据检测问题，还要求对整个控制系统的调度、监视、判断、优化、报警。以计算机和PLC为核心的数据处理方式将实现对生产过程的调度、综合信息的处理、自动化控制与监视。系统具有以下三个主要方面的功能：

1）现场生产数据的采集、动态追踪、分析、处理、工艺控制等前台管理；

2）硬件设备故障、水质参数信息管理等后台信息管理；

3）现场视频监控多媒体系统、水厂生产计划和运行监控调度指挥功能。

2 现场控制分站及子站

根据工艺流程的分布和水厂总平面布置，在净水厂共设置4个现场分站和11个现场子站，他们分别是送水泵房分控站、配水加药间分控站、净水间分控站、雨水泵房分控站以及8个V型滤池子站、2个反应沉淀池子站和1个加氯间子站。各分站与子站的主要功能如下：

2.1 配水加药间分控站（CPU412-3H）

用于取水泵站的工艺参数、电气参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求通过网络对水泵等上述设备进行控制。水泵机组等由I/O模块控制。系统通过总线采集泵组及其他用电设备各类参数，该控制分站站内的PLC通过以太网方式实现与中控室的通讯。

药物投加系统由独立供货商或系统集成商成套提供，PLC完成系统内各子系统的控制；通过以太网网络与各分站系统控制器交换数据；通过网络电缆与投加系统里的电力监测器连接以采集其数据。

2.2 净化间分控站（CPU412-3H）

主要包括V型滤池子站和反应沉淀池子站现场设备的控制和数据采集，控制系统分站与子站之间采用工业以太网的方式进行通讯。

2.3 雨水泵房分控站（CPU412-3H）

雨水泵房分控站控制的设备主要是三台雨水排水池潜污泵。在控制程序方面主要包括设备程序软保护和雨水排水泵控制程序两个方面。

设备程序保护方面主要包括：

a）平衡设备：对受控设备的运行时间进行累计计算，当设备处于程控模式时，累计运行时间最短的设备优先被调

b）干运行保护：预设液位低限做为水泵的软保护，保证水泵不干运行。

雨水排水泵控制程序方面：

雨水排水池共设3台潜水排污泵，潜污泵根据池内液位进行启动/停止控制。运行过程中，工作泵故障、备用泵自动投入运行。

2.4 送水泵房分控站（CPU412-3H）

送水泵房分控站用于送水泵房、总出水、变配电系统的工艺参数、电气参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求对送水泵组、出口阀、配电等设备进行控制。通过MODBUS总线与变频器通讯，对其完成测控，通过总线采集泵组及其他用电设备各类参数，通过冗余环网系统与其它现场分站PLC通讯，实现送水泵房的送水泵控制。

2.5 加氯间子站（CPU315-2PN/DP）

加氯间子站控制主要包括气源供给与压力切换、氯气投加、余氯分析、漏氯检测和吸收等四部分。水厂加氯对控制系统的基本要求就是可以远程集中监控生产情况，现场无班，并能自动进行投加调整，保证水厂出水余氯符合控制指标要求，能对设备故障、生产异常等进行报警和紧急处理，确保安全生产。加氯现场控制站与中央调度计算机之间的通讯采用以通讯光纤为介质的高速工业以太网。

在水处理过程中， 加氯消毒是水厂水质控制的重要环节。我国生活用水标准要求出厂水游离余氯在接触30分钟 后不低于 0.3mg/L，管网末端不低于 0.05mg/L。末端的余氯量虽然还具有消毒作用，但对二次污染的消毒作用尚嫌不足， 但可作为再次污染的信号。此点对于管网较长枝状管网有死水端的情况，尤为重要。氯化消毒时，投氯量过少达不到消毒效果，同时，投加量过高易产生致癌物质三氯甲烷、四氯甲烷等。因此，在水处理过程中正确控制加氯量是至关重要的。加氯是现行常规水处理过程中确保水质不可缺少的重要环节。

3 系统特点

3.1 高可靠性、技术水平先进

以往控制系统网络设计为单一的主/从总线结构，系统运行由单一设备主宰总线并控制现场数据传送。这种集中控制方法，减少了总线的传输效率。以太网通过并行的通讯网络，可以同时完成1对1和1对多的信息传递。PLC不再是通讯处理中心，设备与设备可直接进行数据交换，提高了系统的性能和带宽。控制网络为同一链路上对等通信提供了高效的实时报文传送与控制，同时提供了数据在PLC和用户界面之间共享的功能，这种共享的对等通信方式设计大大简化了控制器的程序量，减少了不必要的CPU间通讯指令。在数据交换过程中，网络提供重复性和确定，保证了通讯的可靠性。

3.2 Web浏览

系统运用Web服务器和Windows内置的浏览器实现了与以太网的连接，为客户提供了一个服务器客户端系统。数据服务器具有特定权限的用户登录访问功能，只有拥有相应权限的用户才能访问相关网页。

4 结束语

由于该系统具有较高的可靠性、稳定性以及灵活的可扩展功能和对复杂环境及处理要求的适应性，为水厂的少人值守管理模式，创造了良好的技术条件。通过净水厂的整体自动化控制系统可以看到，自动化产品供应商可以为水处理行业提供一套全面的、完整的解决方案：即构造一个基于EtherNet和Internet支撑的，由硬、软件组成的控制系统。从设备层的驱动器、传感器到控制层的PLC和现场总线系统，以及上位机组态数据，可以充分满足水处理自动化领域用户对系统控制、组态和数据采集的需求。

【参考文献】

[1]崔坚.西门子工业网络通讯指南：上[M].机械工业出版社，2005-01-01：2.

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【关键词】给水厂；运营；节能措施；管网；节能设计；节能技术

给水厂运营过程中的节能降耗技术工作与水厂的运行管理有着十分密切的关系，因此，在首先保证供水的基础上，加强水厂的企业科学管理，提高节能降耗技术提升十分重要。以下就给水厂运营过程中的节能降耗措施及管网节能技术进行探讨。

一、给水厂运营过程中的节能措施

1、水泵的设计。应先从实际出发，深入的调查供水区域的供水特点，并且结合供水企业技术人员的经验，寻找符合实际的运行工况。以此为依据，确定水泵的高效区，由于管网水压是在不断变化的，所以设计应该考虑到水厂的投产不同时期，不同规模和不同季节的供水量的需要进行不同扬程和调速水泵的选择。

2、水泵改型更新节能。随着城市发展和管网改造很快，管路阻力特性曲线不断下降，供水量不断增加，而水厂水泵不能同步改造，使很多水厂水泵工作扬程下降，并远离高效区，大大降低水泵效率，造成大量电能浪费。通过对水泵进行改型更新，使水泵运行在高效区，可以大幅度提高水泵效率。进行达到节能目的。

3、水泵变频调速设施的应用。因为城市供水管网在不断的变化中，并且变化幅度很大，因此要实现节电就需要供水系统适时进行水量的调整。流量的调整有三种方式：（1）通过调整论著门的开度调节流量，但是这种方式导致大量能耗用在阀门上，不适合节能；（2）通过配置流量大小不同的水泵来调节流量，这种方式可实现水泵运行在高效区；（3）变速进行调节，这种方式管理方便，不过不一定可以实现节能。笔者认为可以通过变速调节，实现改造，达成对能耗、拖入方案的优化，从而降低能耗，提高工作效率，目前所采用的调速技术包含：串级调速、变频调速和斩波内馈调速技术。

4、变压器的节能，选用合理的变压器节能是指随着变压器设计技术和制造工艺的提高，不断生产出更低损耗的变压器，通过设备更新达到节能的效果，具体反映在变压器空耗损耗，负载损耗的降低，即效率的提高。

5、供水经济运行节能。要根据城市供水管网平差，确定管网若干基本测压占及压力标准值，这些测压点的压力值不小于标准值就能满足城市供水需求。在此基础上，制定并优化各给水厂出厂水压，控制其压力值与城市需水量对应，使各给水厂以基本测压点标准值为控制目标进行调度运行。这样，既保证城市供水，又减少多余的压力浪费，使全公司1000m3水的能耗降至最低，从而实现供水经济运行。

二、给水厂管网节能设计与技术的研究分析

1、给水管网输水节能设计的研究分析。（1）输水管网。输水管网根据压力方式的不同，可以分为重力式以及泵站加压式输水管网系统，重力式输水管网不需要使用水泵进行加压，水泵的扬程较高，动力费也较大，如果管道尺寸较小，那么投资也会较小，管道尺寸较大，那么投资也会较大。为了更好的反映出投资和动力费的关系，可以使用年费作为优化设计的目标，选择科学的管道规格和长度，尽量降低前期的投入。（2）泵站。对泵站进行科学合理的设计是给水管网设计的前提工作。一般情况下，在进行泵站设计前，需要准备好关于地理位置、工程地质、上游设计水位、下游设计水位、上游设计流量、下游设计流量等资料，对于渠道，要设计出去水位以及流量。此外，还要注意到，水泵的选型是泵站设计工作中的重要环节，其选型的科学性和合理性与泵站建成后的运行费用、建设的投资以及泵站的安全息息相关。选型不仅与水泵装置方案和水泵台数相关，且与选型方法和原则也有着密切的关系，传统选泵方式主要使用泵站装置型式和净扬程来确定扬程的曲线，再通过流量的设计来选定好水泵的损失扬程，继而确定好总扬程。这种传统的选泵方式没有考虑到扬程的使用效率，欠缺科学性。因此，水泵的选型要根据水泵的设计扬程和设计流量还有不同时期供水和排水需求进行选择，在最低和最高扬程时，水泵必须要可以稳定、安全的运行，在平均扬程时，水泵必须要在高效区运行。（3）调节构筑物。调节构筑物的根本目的就是调节泵站用水量和供水量间的流量差，以便能够满足用户对水质和用水水量的要求，保证供水的可靠性，同时也满足提高供水经济性，降低能耗的需求。调节构筑物设计包括地理位置选择、容积设计和数量确定三个内容，其中，最为主要的工作就是地理位置的选择。对于构筑物地理的选择，除要满足环境卫生、地质条件等要求外，还要根据构筑物的实际特征，确定好科学的技术经济方案。其中，清水池是水厂的主要组成部分之一，常常设置在水厂之内，起着消毒和调节水量的作用，因此，在设计清水池时，需要对其进行合理的布局，并保持水流的通畅性，以便保证清水池的功能能够得到正常的发挥。

2、给水管网节能运行技术的研究分析。（1） 输水管网.城市供水管网包括泵站、管道和阀门等设备组成，在城市管网的改造和更新下，输水管网的建设难度和复杂度也越来越高。为了更好的进行设计，可以将输水管网简化为数学模型，根据这一模型来分析系统的特征，从而为水厂的改建、扩建和调度提供一种科学合理的依据。管网模型包括宏观模型及微观模型两种，由于我国现行的基础条件有一些限制，难以取得管网的基础参数和拓扑关系，且在设备条件的影响下，也难以准确的得到管网节点流量，因此，使用微观模型方案难以满足系统优化的实际需求，可以使用宏观模型来进行分析。影响用户用水的因素包括气候因素、社会经济因素和用户日程安排等因素，由于用户的用水量会呈现出一种周期性的特性，反映在节点水头中也会呈现出一种周期性的特征。（2）泵站.水泵运行工况点就是水泵的扬程和管道需要水头相等的点，当管道特性曲线或者水泵特性曲线发生改变后，工况点就会出现转移。与定速供水阀门相比而言，变频供水调节的降能节耗效果更加的显著，一般水泵工况点调节方式包括变速调节、变径调节和闸阀调节三种。（3）调节构筑物.根据贮水池位置的不同，其所起的作用也不尽相同，如果在运行的过程中，净水厂的净水、取水等工艺发生故障，用水的连续性就会受到影响，因此，必须要调节好构筑物。在产大于供的情况下，很容易导致贮水池发生溢流事故，在供大于产的情况下，就容易出现贮水池抽空的情况，为了避免这类事故的发生，必须要掌握好科学的计算方式，对贮水池调节量进行计算，并合理的安排好生产工作。

结束语：

综上所述，随着建设节约型社会概念的提出，使得节能减排的工作日趋重要，给水厂作为耗能大户，在其运营过程中节能降耗工作成为一项艰巨的任务。研究水厂的节能降耗技术，有利于水厂自身的发展，优化供水系统，提高效率，同时有利于整个社会节约能源，以最小的能耗产生更多的社会效益。

参考文献：

[1]李淑萍.变频调速技术在水厂的节能应用分析[J]，有色冶金节能，2008

[2]杜俐.水厂出水泵能耗分析及效率提高途径[J]，中国市政工程，2009

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关键词：供水管网 动态分析 信息管理

天津市自来水集团有限公司是集自来水生产、销售、服务和多元化经营为一体的国有大型企业，至今已有上百年的历史。目前，设计供水能力为203×104m3/d，DN300以上的供水管网总长为3 439km，担负着市区419万人口、323×104km2面积的供水工作。长期以来，天津市供水管网的日常操作(主要指水源调度、管网维护和更新)主要凭经验，而不是建立在科学的管理体系之上。建立天津市供水管网信息管理及分析系统是解决这个问题的最有效手段，主要用于天津市供水系统的日常操作、维护和更新的活动分析，包括为水源调度、管网的运行维护提供科学的操作管理方法，为区域性的供水管网规划、优化改扩建工程提供科学的依据。

1　实施方法

1.1建立计算机供水管网图文数据库

计算机供水管网图文数据库包括供水系统中的所有供水设施及其图形数据和属性数据。天津市供水管网图形采用数字化仪录入，以600多张1∶2 000的管线竣工图为基础，选择DN300以上(包括DN300)的管线和部分DN300以下对管网水力条件影响较大的管线，经过系统拼接而成。它包括3615个节点(水流状态发生较大变化的点)、4731条管段(两节点间的管线)，还包括地理信息、大用户信息和管网附件等。

1.2现场测试

现场测试的目的是为建立供水管网模型、计算供水系统的用水量、节点流量及校验管网动态水力模型提供数据。现场测试由四部分组成：大用户用水量调查及用水量变化曲线的测试；管道阻力系统的测试；水泵特性曲线的测试；供水系统的压力和流量值的测试。

按照用水规律，将用水量为500m3/d以上的大用户分为10种用水类型，从每一种类型中选择有代表性的用户进行连续48h的读表实测，实测结果经过整理分析得到每一种类型大用户的用水量变化曲线。

管道阻力计算公式采用海曾——威廉(Hazen-Williams)公式［1］，用“四点法”或“五点法”对不同年代、不同管径的典型管段进行了现场实测，取得了满意效果。由k=［(Δh1/l1）0.5-（Δh2/l2）／q］2和k=10.667／C1.852D4.87求C值。

为了提高模型计算的准确性，优化调节水泵，实现“减耗增效”的需要，对三个水厂的水泵特性曲线进行实测。在保证不影响生产和安全供水的前提下，读取水泵在不同工况下的流量、出口压力、吸入真空度以及高程差，以水泵的流量为横坐标，扬程为纵坐标绘制曲线而成。

管网测压对209处集中测压点、21处自计量测压点、34处遥测测压点，100处LOGGER临时测压点进行连续监测。管网测流对60处测流井、8处大用户、13处水厂出水干管进行连续监测。压力监测点均布整个管网，数目占管网主要节点数目的10%以上，流量监测点位于主要干管。

1.3供水管网模型的建立［2］

天津市管网模型为简化模型，主要应用于信息管理、现状分析(供水路径、管道负荷、供水区域)、事故处理分析(最优关闸方案)、优化改扩建工程。模型准确模拟供水管网系统的静态、动态信息，包括图形、属性、参数以及状态信息，建立供水管网模型的技术流程如图1。

1.4节点流量计算方法和水力模拟计算［3］

天津市供水管网动态水力模型是在大量现场实测数据、大用户读表现场实测数据和大用户每月读表抄见数据库的基础上完成。节点流量由大用户、小用户以及漏失量三部分组成。大用户是整个管网中比较确定的量，根据其位置以及实测得到的变化曲线计算而成；小用户按权值分配到整个管网；漏失部分考虑管径、铺设年代、压力等因素按不同权值计算。

通过对静态、动态信息的模拟，就可以进行水力模拟计算，即平差。

联立(1)连续性方程Qi+∑qij=0、(2)压降方程qij=(hij/sij)1/n=(Hi-Hj/Sij)1/n、(3)水泵特性曲线方程H＝A+BQ+CQ2求解。

水力模拟计算是整个管网建模的核心，各个分析模块都以平差计算为基础。为提高计算速度，采用了节点编号优化、枝状管简化、步长因子的动态调整等优化方法。

1.5模型校核结果

天津市供水管网动态模型的计算值和现场测试值吻合很好，表明该模型模拟了管网中水流的真实流动(见表1、2、3)。

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【关键词】控制系统；氯气投加；措施

引言

消毒是水处理过程中必不可少的一个工序，其结果直接决定了出厂水质量的优劣。传统处理方法通过人工添加液氯和漂白粉达到消毒和漂白的作用机理。如今水厂的加氯系统已有的PLC系统和底层自动化的硬件配套系统可以实现加氯功能，但是不能实现自动控制的功能，缺少安全可靠的性能，因此研究人员经过努力并结合PLC技术，完善出一套自动加氯控制系统的方案。

1 氯气投加自动控制系统

1.1 特点

水厂氯气投加自动控制系统的作业机理是能够进行远程集中监控其生产情况，并且能够及时作出自动投加调整，保证水厂出水余氯的含量能够满足控制标准的要求，并且能够对生产异常情况以及机械设备问题作出预告，使得工作人员能够及时处理事故状况，保证生产的安全性。因此其特点主要有安全稳定、易维护性、灵活性强、集成化较好、可扩展性等。

1.2 作用过程

液氯作为水厂加氯系统的重要氯源，首先需要经过蒸发器将其加热使其成为气态，然后再需要经过真空调节器输送至加氯机，用加氯机来控制加氯量，同时还必须经由特殊的氯气管道输送至氯气投加点，利用水射器在投加点处将其投送到管道。

1.3 分类

现如今，在自来水厂中，加氯工艺包含两个部分，即滤前水加氯环节（前加氯）和滤后水加氯环节（后加氯）。前加氯通常是在原水进入沉淀池之前进行，其主要目的是为了清除出原水中的藻类，避免其在沉淀池或滤池中进一步的滋生繁殖。通常在前加氯过程中投加的氯气量不大，同时氯在沉淀池和滤池的消耗量较大，因此使得滤后水中剩余氯的含量很少，即前加氯几乎不影响出厂水的余氯含量。后加氯是在滤后水进入清水池前进行的，其主要目的是氯气与水在清水池中充分接触后发生化学作用，水解生成的强氧化剂次氯酸可以杀灭水中的各种病毒和细菌，除此之外，出水厂中的余氯含量还必须依靠滤后水加氯环节中剩余氯的多少来保证。目前对于一些水厂来说，前加氯环节不是必须的，同时其对出厂水剩余氯含量又几乎没有影响，因此本文所提及的加氯系统如无特殊说明，均是指滤后水加氯环节。

2 氯气投加过程的影响因素

一般来说，氯气在投加过程中，氯气经由加氯机直接输送到水中，单位水中的氯的含量越高，氯的浓度也就越大。加氯量是该加氯环节中唯一可以调控的。除此之外，多种因素会影响到整个加氯环节，分析研究后系统的总结出以下几点因素：

2.1 清水池进水的流量

清水池的进水流量也称为滤后水的流量，其变化量的大小对于投入水中的氯的浓度有直接影响。滤后水的流量也会受到用水调度或者工艺上等方面的影响而发生较大变化。清水池进水流量是由人工控制的，因此其变化频繁且无规律。

2.2 水中氨氮含量

水中的氨氮会与大部分的氯发生反应，是投加过程最主要的影响因素。水中的氨氮含量与水厂上游水质的变化情况密切相关。我国长江中上游地区污染源较多，因此水中氨氮含量较大，且随降雨量的多少欺负较大。

2.3 清水池出水量

通常来说，清水池的出水量越小，意味着含氯的水在清水池中滞留的时间也就越长，所以混合、反应以及挥发的程度就越大，即对应的氯含量的减少的程度就大。清水池出水量由自来水公司统一调度的二泵房出水量决定，不经常变化，且水量稳定。

2.4 清水池水位

高低不同的清水池的水位，对应的氯气的反应和混合过程也会发生改变。水位变化一般比较频繁，但一般在一定范围内，且不会突变。

2.5 温度、浊度、PH值等

这些因素在一定程度上也会对出厂水中的余氯含量造成影响，但相比较而言，影响要小一些。

3 氯气投加自动控制系统

3.1 主控制系统

既要满足消毒的要求，又不能过于的造成氯气的浪费，必须根据原水流量的变化及后续水质的变化及时调整加氯量的大小。目前水处理中加氯系统一般采用自动加氯系统，由前加氯和后加氯组成，下图是一个比较典型的自动加氯系统的控制流程图，

采用以上控制方式的依据是：

（1）原水大多直接应用地面水，其内含有较多有机物，必须消耗大量氯来保证有机物全部被氧化。因此在前加氯阶段就要完成加氯，并且加氯量必须足够，这样才能保证滤后水有一定的剩余氯。另外，如果水中的有机物含量较少，同时游离氨和含氮化合物的含量也相对较低时，需氯量满足以后才会出现余氯。

（2）原水流量保持不变时，则PID控制（余氯控制）能够容易满足要求，因此流量信号需要被引入后加氯进行复合控制。在经过反应、沉淀、过滤的过程中需要对原水进行排泥及反冲洗，并且如果在此过程中其原水流量与进入清水池的流量不同，但是由于其占原水总量的比例较小，因此只要正确设定PID参数，就能满足其控制效果。

（3）在取水泵房采取措施增减机组时，将导致原水流量发生阶跃变化，则流量比例控制需要及时作出反应避免余氯PID控制存在滞后性的不足。

3.2 辅助控制系统

氯气投加自动控制系统在配备计算机数据采集系统之后，实现将余氯分析仪测定的出厂水的数据自动送到加氯间、调度室和中心化验室，方便监测人员随时监测出厂水余氯值。

4 影响氯气投加自动控制系统的主要因素

4.1 PID参数的整定

PID参数的整定需要涉及两个增益，即比例增益与积分增益。通常来说，控制器提供的比例增益与积分增益常数，需要将其设定为0-100%，默认值为50%。如果改变其中任何一项都能够使得PID方程的输出量（修正量）发生变化。在其投入运行后，需要对比例增益与积分增益常数重新整定，整定时必须按照控制器提供的经验常数（默认值）作为参考值，然后再根据实际应用进行适当的调整。整定时需要不断的改变设定值，以此来比较余氯值与控制器的输出量的变化及振荡时间，最终选取合适的比例增益和积分增益常数。增益常数不能设置太高，否则会引起振荡加剧；设置较低则可能引起控制器反应迟钝。因此两个增益常数的整定需要独立进行。

4.2 取样时间

采样时间的长短对加氯效果具有重要的作用。氯气在经过充分混合后应立即检查余氯值作为复合环控制的反馈信号。实际上，工艺设计可能将混合工艺时间设定的过长，导致控制系统纯滞后时间的延长，最终使得测定结果不准确。所以，在选择后加氯的投加点和采样点时，应充分考虑自动控制的要求。一般来说，水在经过加氯点到余氯分析仪处的时间最好不要超过五分钟。在水与氯气充分混合之后，取样时间越短越好。

5 结语

随着社会的不断发展，对城市污水处理控制系统提出了更高的要求。因此，水厂控制系统自动化己成为一种发展趋势。建立抗冲击力强并且运行稳定自动加氯系统，是解决上述问题的必然要求。计算机技术、现场总线技术以及信息技术的发展为水厂自动控制系统提供了更广阔的发展空间。水厂自动化系统必将成为一个集计算机、多媒体、网络以及控制为一体的综合系统，为水厂净化做出更大的贡献。

参考文献

[1]高为新.大型净水厂的加氯系统设计[J].中国给水排水，2003（9）.