張宏偉 儲誠山(天津大學環境工程系)
吳光紅(中國市政工程華北設計研究院)

　　城市管網的功能會因各種類型的故障而破壞，其中因管材和管接頭損壞而引起的管線故障是最經常和最嚴重的。如何快速、準確地找出事故點的位置，及時調度閘門，使維修時間最短、停水區域最小、關閉的閘門最少，即閘門的優化調度問題，成為保證供水可靠性的關鍵所在。在多閘門的環狀管網中，關閉與發生事故點有關管段的方案有許多種，而尋找最佳方案便成為閘門優化調度的中心技術。
　　對于大型管網，傳統的閘門優化調度方法數據錄入量大、易出錯，不能利用管網圖中各圖素已有的數據和位置關系，實際應用中難以獲得事故點的橫、縱坐標值。而GIS(地理信息系統，Geogra phical Information System) 技術支持下的給水管網閘門優化調度正好能彌補這些缺點，而且界面直觀。
　　GIS以空間數據為基礎，在計算機軟硬件支持下對空間數據進行采集、管理、分析、顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息。由于GIS能夠建立二維矢量拓撲關系，特別是其網絡分析功能，為給排水管網的規劃設計、管理調控提供了強有力的工具。本文選用美國環境系統研究所開發的Arc/Info和ArcView軟件作為支持閘門優化調度的二次開發軟件。

1 閘門優化調度方法

　　GIS的基本單位為圖層，同一圖層的圖素具有相同的屬性。為了簡化，假設管網圖為二維圖形。在用AutoCAD數字化錄入管網圖的過程中，將具有同一屬性的圖素放在同一層里，并以DXF格式輸出圖形文件，經Arc/Info轉化為相應的圖素圖層，在轉化過程中，Arc/Info根據內部標識碼自動賦圖素以編號。在ArcView窗口中，建立管網圖項目gw.apr,該項目包含背景圖層、閘門圖層、管段圖層、節點圖層、消火栓圖層。打開該項目，激活相應圖層，即可對該圖層所有圖素的屬性數據庫和圖形庫進行雙向查尋、檢索、分析等操作；移動鼠標，窗口中即可顯示鼠標所在位置的坐標值。根據需要，這里只使用管線圖層、節點圖層和閘門圖層。在Arc/Info環境下分別提取節點圖層里的節點橫、縱坐標值，存放在jd.dat文件里；同樣提取閘門坐標值，添加閘門所在的管段號，形成zm.dat文件；輸入管段編號和起、終點編號存放在gd.dat文件中，作為閘門優化調度程序的數據源。在提取數據源的過程中，避免了人工采集和錄入節點及閘門坐標值。在Visual C++環境下編寫閘門優化調度程序zmdd.cpp,通過編輯、連接后形成一個程序模塊，將該程序模塊集成到管網項目gw.apr中，通過運行該程序模塊，即可進行給水管網閘門優化調度。
　　實際應用中，如果管網中某處發生爆管，首先用戶或巡檢員以電話通知自來水公司有關部門，系統操作人員根據用戶反映的街區名稱，即可通過管網項目里的管網圖和屬性數據庫查找相關圖檔，確定爆管的管段號、管徑、管材和準確地點，在圖中移動鼠標得知事故點的坐標值，運行閘門調度程序，輸入事故點的橫、縱坐標即可得出閘門優化調度的方案、對應關閉的閘號，通過閘號便能快速地查找與其對應的閘徑、閘門型號、安裝年月等閘門屬性，再將這些資料打印出來交給施工人員，以便迅速準確地準備材料、進入現場搶修。

2 工程實例

　　圖1為河北省某市局部管網圖圖層，(圖中未顯示背景圖層和消火栓圖層)。在程序編寫過程中，節點數NJ、管段數NG、環數NL都采用宏定義，通過改變這三個宏定義和數據源，該程序可被任何管網閘門優化調度所通用；根據Visual C++程序文件的可繼承性，該程序被分為三個程序部分，即數據讀取子程序、判斷事故點所在的管段號子程序、閘門調度主程序，前兩者被后者所調用，這樣，也使得程序可讀性增強。另外，圖中管段、節點、閘門等所有編號皆為自動標注，是GIS支持下的閘門優化調度的優點之一。
　　閘門優化調度算例：假設節點12發生故障，該點的坐標為(1 770.74,1 773.46)，調用運行閘門優化調度程序模塊，執行后輸出關閘方案，即應關閉的閘號為33、34、35，由閘號查詢其對應的屬性庫，查詢結果見圖2。所有過程均在同一窗口中，避免了多窗口切換帶來的弊端。

3　結語

　　與傳統方法相比，GIS技術支持下的閘門調度具有準確性高、系統建立周期短、成本低、工作效率高等特點，是一種切實可行的方法。

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作者通訊處：300072 天津大學建工學院環境工程系96研 儲誠山
(收稿日期 1998-07-23)