水壓是判斷城市供水管網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一。供水企業(yè)既要保證用戶水壓的要求，又要考慮節(jié)能和防止爆管、降低漏耗等因素。因此，有必要建立有效的管網(wǎng)壓力監(jiān)控系統(tǒng)，以便及時(shí)掌握整個(gè)管網(wǎng)的壓力變化情況，這也是科學(xué)合理的調(diào)配管網(wǎng)水壓、實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要技術(shù)手段。

一、壓力監(jiān)測(cè)的重要性

監(jiān)測(cè)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)

      在線壓力表可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供水管網(wǎng)的壓力變化，提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)反饋。通過監(jiān)測(cè)，可以了解管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力異常、波動(dòng)等問題，便于及時(shí)進(jìn)行處理和調(diào)整，滿足國(guó)家對(duì)于用戶的水壓要求。

提高供水系統(tǒng)管理效率

      在線壓力表可以自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，并通過遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理，可以幫助相關(guān)人員及時(shí)掌握管網(wǎng)的壓力情況，優(yōu)化供水調(diào)度，提高管理效率，避免人工監(jiān)測(cè)帶來的不確定性和延遲。

預(yù)防管網(wǎng)破裂和漏水

      管網(wǎng)中存在過高的水壓易導(dǎo)致管道破裂和泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。在線壓力表可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)的壓力情況，一旦發(fā)現(xiàn)過高的壓力，及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整，避免管道破裂和漏水事件的發(fā)生，減少供水損失。

模型服務(wù)及優(yōu)化調(diào)度

      將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用與模型，對(duì)水力模擬計(jì)算所提供的估計(jì)值作合理的質(zhì)量評(píng)判；及時(shí)為模型提供必要的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度打下基礎(chǔ)。通過對(duì)壓力數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析，可以評(píng)估供水管道的設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理，如管徑、流速等。

優(yōu)化供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      通過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和記錄管網(wǎng)的壓力數(shù)據(jù)，可以為供水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有效參考。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，進(jìn)行管網(wǎng)的合理規(guī)劃、調(diào)整和擴(kuò)建，以滿足不同地區(qū)和時(shí)段的供水需求，提高供水質(zhì)量和效率。

二、壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)的方法

1.經(jīng)驗(yàn)法

      這種即根據(jù)供水公司多年積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)壓點(diǎn)的布置。這種方法的優(yōu)勢(shì)是能準(zhǔn)確找到管網(wǎng)最低區(qū)的位置、最不利點(diǎn)和壓力變化敏感區(qū)。經(jīng)驗(yàn)法不具備一定的普適性，適合于管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)、管網(wǎng)供水規(guī)律比較穩(wěn)定、缺少水力模擬計(jì)算條件的供水管網(wǎng)。但缺點(diǎn)就是對(duì)舊管網(wǎng)需要多年工作經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員參與測(cè)壓點(diǎn)布設(shè)，并單純的依靠經(jīng)驗(yàn)，也不能保證方案的科學(xué)合理性。

2.理論法

      以一定的理論基礎(chǔ)為依托，借助數(shù)學(xué)等其他學(xué)科作為輔助處理手段，通過分析計(jì)算得出可靠、準(zhǔn)確的管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案，理論性強(qiáng)，對(duì)工作人員的水平要求較高，適用性較強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置的研究方法主要集中在模糊聚類分析、靈敏度分析以及遺傳算法等。

靈敏度分析法

      基于供水管網(wǎng)的水力學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)原理，通過建立靈敏度矩陣和方程來評(píng)估不同節(jié)點(diǎn)對(duì)整個(gè)管網(wǎng)壓力的敏感度。通過對(duì)靈敏度分析的結(jié)果進(jìn)行排序，可以確定供水管網(wǎng)中的壓力變化靈敏點(diǎn)。

 模糊聚類分析法

      以聚類模糊理論為基礎(chǔ)發(fā)展的測(cè)壓點(diǎn)優(yōu)化布置方法。該方法是將管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)按照一定的聚類原則進(jìn)行分組，根據(jù)模糊聚類所得的結(jié)果進(jìn)行測(cè)壓點(diǎn)所示區(qū)域的確定，然后進(jìn)行聚類中心位置的確定，即測(cè)壓點(diǎn)具體位置的選擇，

遺傳算法

      遺傳算法通過建立數(shù)學(xué)模型，并利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化求解，是人工智能領(lǐng)域應(yīng)用比較成熟的優(yōu)化算法，同時(shí)也是解決復(fù)雜組合優(yōu)化問題的有效工具。遺傳算法應(yīng)用廣泛，但在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)管網(wǎng)規(guī)模較大時(shí)，計(jì)算結(jié)果有可能是發(fā)散的，計(jì)算量大，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，不能保證求解得到的結(jié)果為全局最優(yōu)解，有可能取得局部最優(yōu)解。

多目標(biāo)優(yōu)化方法

      指利用優(yōu)化搜索算法求解優(yōu)化模型，得出滿足約束條件的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)解。

三、壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置原則

      在結(jié)合城市整個(gè)供水管網(wǎng)現(xiàn)狀及將來運(yùn)行情況，并且具體分析目前管網(wǎng)中存在的在線或離線的測(cè)壓點(diǎn)、測(cè)流點(diǎn)的位置、類型和可用性的基礎(chǔ)上，為了盡可能充分利用現(xiàn)有資源、避免重復(fù)建設(shè)，在測(cè)壓點(diǎn)布置時(shí)應(yīng)遵循代表性、分區(qū)覆蓋、壓力波動(dòng)區(qū)域、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)擴(kuò)展預(yù)留、通訊設(shè)備布設(shè)原則、安裝環(huán)境考慮等七大原則。這些原則可以事半功倍的完成測(cè)壓點(diǎn)的布設(shè)工作并且提高測(cè)壓點(diǎn)布設(shè)方案的經(jīng)濟(jì)性。

1.管網(wǎng)水力分界線

      城市供水系統(tǒng)如水源環(huán)形管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并且情況復(fù)雜，涉及面廣。那么在短時(shí)間內(nèi)需要水量的變化便可引起管網(wǎng)壓力的大幅度變化，其水力分界線往往是配水最不利的地區(qū)，最能反映管網(wǎng)的配水偏差情況。管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)首先應(yīng)選在水力分界線處的干管上。

2.管網(wǎng)水力最不利點(diǎn)、控制點(diǎn)

      管網(wǎng)末梢屬于配水的不利處，能較好的反映管網(wǎng)的配水偏差情況。另外，地面高程與配水壓力有密切的關(guān)系，在地面高程偏高或偏低處（相對(duì)水廠高程而言）的配水服務(wù)壓力對(duì)調(diào)度工作影響較大。為了保證管網(wǎng)末梢及高差特異點(diǎn)有合理的服務(wù)壓力，在這些地區(qū)設(shè)置管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)是必要的。

3.大用戶水壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)

      為了確保重點(diǎn)部門和特殊用戶的正常用水，在為其供水的干管上設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)。以哈爾濱市為例：工業(yè)基礎(chǔ)發(fā)達(dá)，有許多用水大戶，由于用水量大其用水量的變化影響著區(qū)域壓力的變化，并且為了保證其用水的安全性，也需要在其附近布設(shè)在線測(cè)壓點(diǎn)。

4.主要用水區(qū)域

      在用戶集中地區(qū)或用水大戶附近，管網(wǎng)壓力容易波動(dòng)起伏，故這些地區(qū)可以作為輔助監(jiān)測(cè)區(qū)，設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)。

5.大管段交叉處水區(qū)域

      在大管段相交處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，可結(jié)合測(cè)壓點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)分析發(fā)生爆管等管網(wǎng)事故的影響因素及其與管道壓力的關(guān)系，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為減少事故、合理調(diào)度提供有力輔助。

6.管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度工況點(diǎn)

      包括增壓泵站前，水廠出廠管段等對(duì)管網(wǎng)調(diào)度工況變化反應(yīng)較敏感的區(qū)域，在這些區(qū)域設(shè)置在線測(cè)壓點(diǎn)，有助于了解調(diào)度計(jì)劃的實(shí)施情況及管網(wǎng)狀態(tài)對(duì)調(diào)度命令的反應(yīng)。

7.管網(wǎng)低區(qū)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)

      各城市都會(huì)因不同原因存在著一些低壓區(qū)，通過低壓區(qū)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，可以及時(shí)監(jiān)測(cè)這些區(qū)域的供水壓力，通過壓力信息的反饋及時(shí)調(diào)度，保證供水服務(wù)質(zhì)量。

8.供水發(fā)展區(qū)域預(yù)留監(jiān)測(cè)點(diǎn)

      為了適應(yīng)城市供水中長(zhǎng)期的發(fā)展需要，考慮在供水發(fā)展區(qū)域預(yù)留監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

9.管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)設(shè)置密度

      在平原地區(qū)建議每5~10平方千米設(shè)置1個(gè)為宜。給水范圍較小的城市、丘陵、山區(qū)城市可以適當(dāng)增加管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量，放寬到每 3~5平方千米設(shè)置1點(diǎn)。有特殊需要或經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件容許，亦可適當(dāng)增加管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)的分布密度。

      另外，管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)的設(shè)置密度與調(diào)度功能有關(guān)，隨著調(diào)度功能需求的增加，測(cè)壓點(diǎn)的設(shè)置位置和數(shù)量均需要按實(shí)際情況調(diào)整。