鄧海英¹，趙洪賓²，解斌²
（1大連現代高技術發展有限公司，遼寧 大連 116021；2?哈爾濱建筑大學 給排水系?統研究室，黑龍江 哈爾濱150008）

　　摘要：對城市給水管網事故搶修時，就確定關閉閥門的優化方案編寫了計算機程序，并對分析結果進行模擬顯示。以大連開發區給水管網為實例，獲得了滿意的結果。
　　關鍵詞：供水；管網事故；閥門關閉；優化方案
　　中圖分類號：tu991.33
　　文獻標識碼：c
　　文章編號：<1000-4602(2000)06-0042-03

　　長期以來，我國城市供水管網都是依靠人工來管理各種資料，當某處發生事故時，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，而且缺乏準確性、科學性。
　　目前，國內已有一些城市引進地理信息系統，建立了供水管網的圖形數據庫，基本實現了管網圖及背景圖的增加、刪除、修改以及查詢功能，但對事故時關閉閥門方案確定的研究尚少。在城市供水管網運行中，由于各種原因，常常會有事故發生，同時每年還需要對管網進行計劃檢修，遇到上述情況，通常需要關閉一些閥門。為此，本文對此課題做了深入細致的研究，并編寫了計算機程序，應用在大連開發區的供水管網。該程序能夠實現當指出事故點時，立即給出關閉閥門的最優方案，同時可以查看受影響管段的相關信息、受影響的大用戶信息、所需關閉閥門的卡片圖及相應信息。當某個閥門因損壞而失效時，還可以給出新的關閉方案。

　　1 程序設計原理

　　城市供水管網按圖論的解釋就是一個“連通圖”，在環狀管網中，由水源點至管網任意點之間可有許多條“路徑”。因此，除少數簡單情況外，一般用人工方法不易直觀、快捷、準確地給出關閉閥門的優化方案，但通過計算機就可以做到這一點。以事故點為中心，關閉與之相鄰的最小數量的閥門，就能切斷該管段與周圍各管段的聯系，稱該管段及關閉的各閥門所構成的停水區域為“影響區”。
　　1.1 程序設計思想
　?、?首先以事故點為中心，采用廣度優先遍歷方法確定影響區。?
　　a.若事故點所在管段兩側均有閥門，則將距事故點最近的兩個閥門關閉即可。如圖1所示，若不考慮閥門本身故障，假設事故點在閥門(5)和(6)之間，則應關閉閥門(5)和(6)。

　　b.若事故點所在管段上，事故點的一側有閥門，一側沒有閥門，則首先將有閥門一側距事故點最近的閥門關閉，然后對另一側進行廣度優先遍歷，搜索所有與事故管段無閥門側相連的各個管段。該搜索過程是一個遞歸過程，一直搜索到全部與事故點相鄰的閥門為止。
　　c.若事故點所在管段上沒有閥門，則對事故點兩側均進行搜索以確定影響區。
　?、?經上述過程確定的影響區并非真正的影響區，因為有的影響區可能會連接一系列非環狀管，這里將其稱為“支管”(如圖2右側由節點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。當與這些支管相連的環狀管為影響區中的管段時，則這些支管也會受到影響而停水，故真正的影響區還應包括這些支管。

　　解決上述“支管”問題的方法是：從水源點出發，對整個管網進行廣度優先遍歷，當遇到①確定的影響區中的閥門時則跳過，這樣將所有遍歷到的管段號記錄到一個文件中，然后將其與整個管網相比較，該文件中缺少的管段號即是影響區中的管段。
　　經過這樣處理所得到的影響區才是真正的影響區。
　　1.2 理論模型
　　(1)設由①過程確定的影響區中的管段所構成之集合為G₁；?
　　(2) 設由①過程確定的影響區中的關閉閥門構成之集合為V₁；?
　　(3) 過程②即為從水源點搜索V₁中的閥門所在管段的過程，每遇到任意的i∈V₁，則跳過對此管段的搜索，過程②確定的影響區中的管段構成之集合為G，則G₁G?；?
　　(4) 設V₁中的閥門對應的管段構成的集合為VG，則VGG；
　　(5) 設i∈VG，管段i的起始節點為i₁，終止節點為i₂，設與i₁相連的所有管段構成的集合為S₁，與i₂相連的所有管段構成的集合為S₂，如果對任意的j∈S₁∪S₂，均有j∈G，則從集合VG中去掉管段i。設最終得到的集合VG所對應關閉閥門集合為V，則VV₁。
　　(6) 最后，集合G中的管段是被停水的管段，集合V中的閥門是應當關閉的閥門。
　　1.3 智能分析
　　影響區中的某個閥門由于損壞而無法關閉時，則進一步搜索與之相鄰的閥門，確定新的影響區，并對損壞的閥門加以標記，以備及時修復。

　　2 實例

　　根據上述設計原理及思想，編寫了計算機程序(程序清單略)，并以大連開發區的整個供水管網為實例，得到的結果很令人滿意。大連開發區供水管網是一個大型管網，包括2 446個節點、2 562個管段、1 806個閥門，長期以來一直采用人工管理方式?，F將本軟件系統應用于大連開發區，不僅節省了人力、物力和時間，提高了工作效率，增強了處理問題的準確性、科學性，同時還提高了自來水公司的現代化管理水平。
　　圖3是從大連開發區給水管網中截取的一小段管網圖。
　　事故點所在管段號：324，位置如圖中“X”型符號所示處。經程序分析，應關閉的閥門所在管段號：302和303。

　　關閉閥門后的影響信息如表1～3所示。

　　由表1～3的信息，對照管網平面布置與閥門位置圖可以看出：?
　　① 對于不同位置的事故點，相應的閥門關閉方案確是最優的。
　?、?對于大部分事故點，用人工方式很難在圖紙上快速、準確地確定閥門關閉方案，而應用該計算機程序則可迅速給出最優方案。?
　　另外，關閉方案中的閥門由于損壞而失效時，可以立即給出新關閉方案。如上面的實例及事故點，假設303號管段上的閥門損壞了，則還應關閉305號管段上的閥門。
　　該程序實現在整個管網中用特定顏色、閃爍顯示等方式標識出影響區，使用戶一目了然，同時還可以查看到受影響的管段信息、各受影響大的用戶信息、各關閉閥門的卡片圖及相應信息。了解到這些信息后，就可以作好各種準備工作，及時修復事故點，將損失降至最低。

參考文獻：
［1］嚴煦世，趙洪賓.給水管網理論與計算［M］.北京：中國建筑工業出版社.?
［2］數據結構［M］.北京：清華大學出版社.
［3］delphi2.0入門與提高［M］.北京：清華大學出版社.

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收稿日期：1999-12-27