提高城市给水服务水平的管理思路

康大臣，赵洪宾
哈尔滨建筑大学 市政环境工程学院，黑龙江哈尔 滨150008

　　摘　要：国际给水界已经明确提出服务质量问题，可以预料，改善服 务质量将是水务工作下一步着重努力的方向。本文主要探讨依靠加强管理对提高给水服务水 平的效用问题，即对给水工程中管理工作的内涵、使用条件、所存在困难及根本局限等进行 了阐述。
　　关键词：给水服务水平；加强管理；配水系统；模拟技术； 计算机应用方式
　　中图分类号：TU991.6
　　文献标识码：B
　　文章编 号：1000-4602(1999)11-0036-03

1 加强管理的涵义及其局限

　　随着社会经济的不断发展和人民生活水平的日益提高，人们对给水服务质量的要求越来越高。目前，提高给水服务水平已成为各国普遍关注的问题。?
　　1997年在西班牙马德里召开的世界给水工程会议所编制的《关于指导各国水司引用新技术及改善管网管理的方法论的纲要》就旨在考虑引用新的技术和方法来提高各国水司配水管网的 运作水平，即帮助各国改善其水司配水系统服务质量并提高管网本身运作效率。?
　　对此，各国目前主要围绕供水中如何加强管理来开展工作。这里管理的真正涵义是：?
　　①计划：制定出一套基于实际情况的给水策略及费用的现实执行规划；?
　　②标准：通过调查、讨论，确定服务标准或服务水平；?
　　③论证：为引进新技术和方法而进行论证。?
　　从水司的管理工作来讲，是人在起组织作用，没有系统本身的自组织行为。加强管理，其适用性或有效性有赖于以下纵横两种情况：?
　　①水司在运转上所使用设备滞后于制造业，在更新时就要靠管理；?
　　②在现有社会发展水平上，一个水司或国家的给水服务水平同其他水司或国家相比存在各种各样的差距时，需要在加强管理上下功夫。?
　　运行指标的存在就是使我们要时常保证检验、控制及维护各种设施，以使上述两种差距不明显存在。更进一步要建立这些为使设施正常运转的指标体系，就需要进行诸如掌握(运行、检 修)知识、数据采集及评估等管理工作。所以在给水服务水平问题上，国际供水协会所关注的主要是各水司或各国对业已存在的给水技术应用情况，而并非给水技术乃至思想的彻底变革工作。?
　　对加强管理来说，确定服务标准或服务水平是一项中心任务。它既是现行给水策略所根本制约的，也是引进新技术和方法的根据。对现行管网及工作情况进行某种意义或标准上的评估 ，将可能直接导致一整套技术创新或引进方略。?
　　加强管理是一项复杂的工作，为此国际给水组织(IWSA)正积极参与制定并执行一个 一般性的框架，以用来评定水司的运行、维护和其他管理工作。?
　　由于服务标准在管理工作中起着中心作用，这使得靠管理方法或思路来把握供水、提高给水服务水平有根本性的局限。在1997年国际给水工程会议上，人们已经普遍认识到水司服务水 平与用户期望标准之间的差别非常大，似乎根本就不存在一个形式化的有关服务 标准的水平考定体系。对此，葡萄牙土木工程国家实验室的C.T.Coelho和H.Alegre指出：“给水服务水平对今日的水工业来说是关键性问题之一。然而，测度配水系统的供水行为及评估其服务水平并不是一个简单明了、可直来直去的问题。因为其中包含着各种各样的因素及观点，所以也就没有一个统一的途径或明确划一的行为准则。”“对一个配水系统的功 能状况，目前还没有一个能明确地对其进行把握的办法，因而也就不得不经常地对其进行全局性的评估。传统上一般采用以配水系统分区分段地来考虑，至今对于整个系统在实际运行 中所遇到的境况也难以找出一种形式化的评估方法。”尽管如此，由于没有别的思路或 办法来提高给水服务水平(包括1997国际给水工程会议人们还是停留在建立指标体系这个工作思路上，还重在从管理上对水司的工作予以评价)，尚没有从整个行业技术根本发展的角度对现行给水方式本身进行剖析和研究。?
　　实际上，国际机构早在1983年就开始着手制定面向水司管理状况的指标体系，目前已进行近20年，但直到1997国际给水工程会议时，这项工作还在外围转。?

2 从模拟技术看配水系统管理现状

　　建立形式化服务标准体系本身也是为基于模拟技术的优化来提高给水服务的。如果有了这么一套形式化的标准，就可以实现以可靠性为目标的优化给水，就可以不像现在这 样，即难以在优化工作中将可靠性要求考虑进去，而只是以节能为目标。当然，国际上开始 建立这个指标体系是按当时的工程理念，但现在看来这个设想就不尽现实与合理。?
　　以目前正呈现的工程理念来讲，人的因素夹杂存在，如给水系统和城市用水之间是导致系统服务水平不高的根本原因。?
　　对配水系统，国际上公认的理解是：配水系统的主要功能就是在足够的压力下，向其用户可靠地提供足够量的优质水。这个定义看似简单，但真要达到配水系统功能定义所要求的服务水平却不是一个简单的、同时也是至今没有做到的事情。?
　　目前，对配水系统的工程设计及系统建成后的优化运行一般是采用考虑水力约束条件而使费用降至最低的优化思路。这是一个多目标非线性规划问题：?
　　①多目标：水力要求；对泵及泵站的调度；水质情况；消毒效果；漏失等。?
　　②非线性：用水变化的难以确定性；配水系统的复杂网络性；系统内部参数非线性相关性 等。?
　　 这些因素使得现有给水策略难以明确有效地关联，因而也就不能保证在任一时刻供水与配水系统实际需求的平衡。?
　　现在，城市配水基本上采用以下做法，即在水力要求上是采用对一定区位一定时段一定用户的水量需求进行大致预测；对泵站的优化调度主要是在慢时间变量和树状的简化系统上模拟进行；对水质也只是接受出厂水水质，保持一定的余氯水平，对管网中的二次污染有一定的结构性预防措施，但对有机物污染或给水系统中水质的全系统、全过程保证工作尚没有明确考虑；对管网或配水系统中水质，只是考虑管网中余氯的动态变化，而余氯主要是针对大肠杆菌等病原体的，对病毒及其他危害健康的因素则缺少应对措施；目前对漏失的控制主要集 中在对额外的压力消耗，而没有充分考虑由于漏失而使系统的配水性能有什么改变等问题。 ?
　　 现在看来，管网建模(Network Modeling)是对预测配水系统行为最精确和最有效的方法，水司主要采用此技术来对给水工作加强管理。现有的建模对管网动力行为按递阶方式分三层进行，这种分法主要基于动力理论特征和实际工程上的双重考虑：①慢变量层(slow network dynamics)，如蓄水池水量平衡，对此有一专门名称，即长时模拟(extended?time simulat ion)；②中变量层(steady state modeling)，如在一个管网中水头与流量之间的关系；
　　③快变量层(fast dynamics)，如压力的瞬时波动，这一层也经常称为瞬态问题。?
　　在层与层之间还存在着相互作用。例如为了计算稳定流态中的水量与水压，就需要知道慢变 量层中的蓄水池水头；为了计算水池水量平衡问题，就需要知道中变量层的流量；为了计算 某一瞬态变化，就需要知道此前与其后的稳定流态。?
　　现在也有一些一般性的建模开发环境，旨在使所有动力层次都被包含在一个管网模型中。然而，这确实难以做到，至今几乎所有商业性软件都只能包括一或两层，而快变量层是管网建模方法根本处理不了的。另外从原则上讲，模型开发与校验本身在科学上就不是很严谨，因为它不可避免地依赖于建模者的经历、判断和偏好等。?
　　面对复杂系统和多变环境，模拟技术的局限性已经越来越明显地体现出来。相对于真实世界的复杂性，模拟技术的“不成熟”是与之俱来的。模拟或建模在给水工程中的应用，主要依 赖于计算机技术的发展。计算机在工程上的应用主要有两种，一种是主机式应用，如现在给水工程中的SCADA模式；另一种是嵌入式应用，没有监视器，而是将芯片嵌入到设备之中。模拟只是主机式应用的结果。?
　　基于此考虑，我们要做的不只是考虑如何发展或完善模拟方法，而应抓住这一方法得以存在 或施用的根本，即计算机应用方式来做文章。工程实践和方法论研究结果表明，主机式计算 机应用方式必然存在对复杂问题无法应对的困境，而嵌入式计算机应用方式倒是可以通过某 种基于知识及分布式智能行为的构架而使得给水系统能应对复杂、多变的用水环境。那么，如何实现嵌入式的计算机应用就是我们下一步所要研究和讨论的问题。可以说，考虑并制定 新的整体服务框架，使配水系统体现出自组织、自适应性，从而根本性地提高给水服务水平，就是我们应该努力达到的城市给水工程新境界。

参考文献：?

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　　电　　话：(0459)5090853(H)
　　收稿日期：1999-07-27