鄧海英1，趙洪賓2，解斌2
（1大連現(xiàn)代高技術(shù)發(fā)展有限公司，遼寧 大連 116021；2?哈爾濱建筑大學(xué) 給排水系?統(tǒng)研究室，黑龍江 哈爾濱150008） 摘要：對(duì)城市給水管網(wǎng)事故搶修時(shí)，就確定關(guān)閉閥門的優(yōu)化方案編寫了計(jì)算機(jī)程序，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行模擬顯示。以大連開發(fā)區(qū)給水管網(wǎng)為實(shí)例，獲得了滿意的結(jié)果。
關(guān)鍵詞：供水；管網(wǎng)事故；閥門關(guān)閉；優(yōu)化方案
中圖分類號(hào)：tu991.33
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：c
文章編號(hào)：<1000-4602(2000)06-0042-03 長期以來，我國城市供水管網(wǎng)都是依靠人工來管理各種資料，當(dāng)某處發(fā)生事故時(shí)，必須依靠人力查閱圖紙、確定搶修方案。這種工作方式不僅工作量大，速度慢，而且缺乏準(zhǔn)確性、科學(xué)性。
目前，國內(nèi)已有一些城市引進(jìn)地理信息系統(tǒng)，建立了供水管網(wǎng)的圖形數(shù)據(jù)庫，基本實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)圖及背景圖的增加、刪除、修改以及查詢功能，但對(duì)事故時(shí)關(guān)閉閥門方案確定的研究尚少。在城市供水管網(wǎng)運(yùn)行中，由于各種原因，常常會(huì)有事故發(fā)生，同時(shí)每年還需要對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行計(jì)劃檢修，遇到上述情況，通常需要關(guān)閉一些閥門。為此，本文對(duì)此課題做了深入細(xì)致的研究，并編寫了計(jì)算機(jī)程序，應(yīng)用在大連開發(fā)區(qū)的供水管網(wǎng)。該程序能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)指出事故點(diǎn)時(shí)，立即給出關(guān)閉閥門的最優(yōu)方案，同時(shí)可以查看受影響管段的相關(guān)信息、受影響的大用戶信息、所需關(guān)閉閥門的卡片圖及相應(yīng)信息。當(dāng)某個(gè)閥門因損壞而失效時(shí)，還可以給出新的關(guān)閉方案。 1 程序設(shè)計(jì)原理 城市供水管網(wǎng)按圖論的解釋就是一個(gè)“連通圖”，在環(huán)狀管網(wǎng)中，由水源點(diǎn)至管網(wǎng)任意點(diǎn)之間可有許多條“路徑”。因此，除少數(shù)簡單情況外，一般用人工方法不易直觀、快捷、準(zhǔn)確地給出關(guān)閉閥門的優(yōu)化方案，但通過計(jì)算機(jī)就可以做到這一點(diǎn)。以事故點(diǎn)為中心，關(guān)閉與之相鄰的最小數(shù)量的閥門，就能切斷該管段與周圍各管段的聯(lián)系，稱該管段及關(guān)閉的各閥門所構(gòu)成的停水區(qū)域?yàn)椤坝绊憛^(qū)”。
1.1 程序設(shè)計(jì)思想
?、?首先以事故點(diǎn)為中心，采用廣度優(yōu)先遍歷方法確定影響區(qū)。?
a.若事故點(diǎn)所在管段兩側(cè)均有閥門，則將距事故點(diǎn)最近的兩個(gè)閥門關(guān)閉即可。如圖1所示，若不考慮閥門本身故障，假設(shè)事故點(diǎn)在閥門(5)和(6)之間，則應(yīng)關(guān)閉閥門(5)和(6)。 
b.若事故點(diǎn)所在管段上，事故點(diǎn)的一側(cè)有閥門，一側(cè)沒有閥門，則首先將有閥門一側(cè)距事故點(diǎn)最近的閥門關(guān)閉，然后對(duì)另一側(cè)進(jìn)行廣度優(yōu)先遍歷，搜索所有與事故管段無閥門側(cè)相連的各個(gè)管段。該搜索過程是一個(gè)遞歸過程，一直搜索到全部與事故點(diǎn)相鄰的閥門為止。
c.若事故點(diǎn)所在管段上沒有閥門，則對(duì)事故點(diǎn)兩側(cè)均進(jìn)行搜索以確定影響區(qū)。
?、?經(jīng)上述過程確定的影響區(qū)并非真正的影響區(qū)，因?yàn)橛械挠绊憛^(qū)可能會(huì)連接一系列非環(huán)狀管，這里將其稱為“支管”(如圖2右側(cè)由節(jié)點(diǎn)12、18、19、20、21、22組成的五條管段)。這些支管的水流方向很明確，只能是單向的。當(dāng)與這些支管相連的環(huán)狀管為影響區(qū)中的管段時(shí)，則這些支管也會(huì)受到影響而停水，故真正的影響區(qū)還應(yīng)包括這些支管。 
解決上述“支管”問題的方法是：從水源點(diǎn)出發(fā)，對(duì)整個(gè)管網(wǎng)進(jìn)行廣度優(yōu)先遍歷，當(dāng)遇到①確定的影響區(qū)中的閥門時(shí)則跳過，這樣將所有遍歷到的管段號(hào)記錄到一個(gè)文件中，然后將其與整個(gè)管網(wǎng)相比較，該文件中缺少的管段號(hào)即是影響區(qū)中的管段。
經(jīng)過這樣處理所得到的影響區(qū)才是真正的影響區(qū)。
1.2 理論模型
(1)設(shè)由①過程確定的影響區(qū)中的管段所構(gòu)成之集合為G1；?
(2) 設(shè)由①過程確定的影響區(qū)中的關(guān)閉閥門構(gòu)成之集合為V1；?
(3) 過程②即為從水源點(diǎn)搜索V1中的閥門所在管段的過程，每遇到任意的i∈V1，則跳過對(duì)此管段的搜索，過程②確定的影響區(qū)中的管段構(gòu)成之集合為G，則G1 G?；?
(4) 設(shè)V1中的閥門對(duì)應(yīng)的管段構(gòu)成的集合為VG，則VGG；
(5) 設(shè)i∈VG，管段i的起始節(jié)點(diǎn)為i1，終止節(jié)點(diǎn)為i2，設(shè)與i1相連的所有管段構(gòu)成的集合為S1，與i2相連的所有管段構(gòu)成的集合為S2，如果對(duì)任意的j∈S1∪S2，均有j∈G，則從集合VG中去掉管段i。設(shè)最終得到的集合VG所對(duì)應(yīng)關(guān)閉閥門集合為V，則VV1。
(6) 最后，集合G中的管段是被停水的管段，集合V中的閥門是應(yīng)當(dāng)關(guān)閉的閥門。
1.3 智能分析
影響區(qū)中的某個(gè)閥門由于損壞而無法關(guān)閉時(shí)，則進(jìn)一步搜索與之相鄰的閥門，確定新的影響區(qū)，并對(duì)損壞的閥門加以標(biāo)記，以備及時(shí)修復(fù)。 2 實(shí)例 根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理及思想，編寫了計(jì)算機(jī)程序(程序清單略)，并以大連開發(fā)區(qū)的整個(gè)供水管網(wǎng)為實(shí)例，得到的結(jié)果很令人滿意。大連開發(fā)區(qū)供水管網(wǎng)是一個(gè)大型管網(wǎng)，包括2 446個(gè)節(jié)點(diǎn)、2 562個(gè)管段、1 806個(gè)閥門，長期以來一直采用人工管理方式。現(xiàn)將本軟件系統(tǒng)應(yīng)用于大連開發(fā)區(qū)，不僅節(jié)省了人力、物力和時(shí)間，提高了工作效率，增強(qiáng)了處理問題的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，同時(shí)還提高了自來水公司的現(xiàn)代化管理水平。
圖3是從大連開發(fā)區(qū)給水管網(wǎng)中截取的一小段管網(wǎng)圖。
事故點(diǎn)所在管段號(hào)：324，位置如圖中“X”型符號(hào)所示處。經(jīng)程序分析，應(yīng)關(guān)閉的閥門所在管段號(hào)：302和303。 
關(guān)閉閥門后的影響信息如表1～3所示。 表1 停水管段（圖3中用粗線表示）| 管段號(hào) | 所在街道 | 起點(diǎn) | 終點(diǎn) | 管徑（mm） | 管材 | 管長（m） | | 324 | 鶴崗路 | 299 | 305 | 200 | 鑄鐵管 | 39.24 | | 306 | 鶴崗路 | 299 | 314 | 150 | 鑄鐵管 | 55.23 | | 302 | 鶴崗路 | 299 | 300 | 200 | 鑄鐵管 | 96.93 | | 303 | 鶴崗路 | 299 | 297 | 200 | 鑄鐵管 | 147.40 | | 325 | 鶴崗路 | 305 | 306 | 200 | 鑄鐵管 | 20.23 | | 326 | 鶴崗路 | 305 | 307 | 200 | 鑄鐵管 | 76.91 | | 327 | 鶴崗路 | 307 | 308 | 100 | 鑄鐵管 | 22.5 | | 328 | 鶴崗路 | 307 | 309 | 200 | 鑄鐵管 | 55.1 | | 332 | 鶴崗路 | 309 | 313 | 200 | 鑄鐵管 | 52.33 | | 329 | 鶴崗路 | 309 | 310 | 200 | 鑄鐵管 | 19.69 | 表2 關(guān)閉閥門| 閥門編號(hào) | 口徑（mm） | 式樣 | 開啟度（%） | 反正扣 | 所在管段號(hào) | 距起點(diǎn)位移（m） | | 1759 | 200 | 立式 | 100 | 正扣 | 302 | 37.56 | | 1264 | 200 | 立式 | 10 | 正扣 | 303 | 14.17 | 表3 影響用戶（月用水量超過100m3）| 用戶編號(hào) | 用戶名稱 | 用戶地址 | 所在管段號(hào) | 距起點(diǎn)位移（m） | | 030049 | 開發(fā)區(qū)白鷺
服務(wù)中心 | 哈爾濱路（浴池） | 329 | 19.69 | | 030050 | 白鷺服務(wù)中心 | 哈爾濱路（辦公） | 329 | 19.69 | | 030075 | 東方電腦
顯示器材 | 哈爾濱路 | 306 | 55.23 | | 030079 | 北太平洋制罐 | 哈爾濱路（辦公） | 325 | 20.23 | | 030080 | 北太平洋制罐 | 哈爾濱路（宿舍） | 325 | 20.23 | | 注 由于圖低輸入過程略去除末端入戶管，所以用戶地址與接水管所在街道可能不同。 | 由表1～3的信息，對(duì)照管網(wǎng)平面布置與閥門位置圖可以看出：?
?、?對(duì)于不同位置的事故點(diǎn)，相應(yīng)的閥門關(guān)閉方案確是最優(yōu)的。
② 對(duì)于大部分事故點(diǎn)，用人工方式很難在圖紙上快速、準(zhǔn)確地確定閥門關(guān)閉方案，而應(yīng)用該計(jì)算機(jī)程序則可迅速給出最優(yōu)方案。?
另外，關(guān)閉方案中的閥門由于損壞而失效時(shí)，可以立即給出新關(guān)閉方案。如上面的實(shí)例及事故點(diǎn)，假設(shè)303號(hào)管段上的閥門損壞了，則還應(yīng)關(guān)閉305號(hào)管段上的閥門。
該程序?qū)崿F(xiàn)在整個(gè)管網(wǎng)中用特定顏色、閃爍顯示等方式標(biāo)識(shí)出影響區(qū)，使用戶一目了然，同時(shí)還可以查看到受影響的管段信息、各受影響大的用戶信息、各關(guān)閉閥門的卡片圖及相應(yīng)信息。了解到這些信息后，就可以作好各種準(zhǔn)備工作，及時(shí)修復(fù)事故點(diǎn)，將損失降至最低。 參考文獻(xiàn)：
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［2］數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)［M］.北京：清華大學(xué)出版社.
［3］delphi2.0入門與提高［M］.北京：清華大學(xué)出版社.
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收稿日期：1999-12-27 | 
