概要设计说明书
班级：2011010
学号：201101017 姓名：步晓辉
指导老师：杨成杰 目录
1、引言………………………………………………………………………………………..…....2
1.1编写目的…………………………………………………………………………………2
1.2背景………………………………………………………………………………………2
1.3定义………………………………………………………………………………………2
1.4参考资料…………………………………………………………………………………3
2、总体设计………………………………………………………………………………………..3
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2.1需求规定…………………………………………………………………………….……3
2.2管网总体设计………………………………………………………………………..……3
2.3、供水管网设计的报批和建库管理………………………………………………………4
2.4管材选择…………………………………………………………………………….……4
2.5、供水管网的建造以及其维护………………………………………………………..…5
2.6供水管网库标准化建立……………………………………………………………….…5
3、供水管网管理系统的开发………………………………………………………………….…6
3.1确定GIS软件平台………………………………………………………………….……6
3.2 数据库的建立……………………………………………………………………….……6
3.3供水管网模型………………………………………………………………………..……6
3.4 管理功能…………………………………………………………………………….……7
4、关键技术…………………………………………………………………………………… …7
4.1 功能的拓展…………………………………………………………………………….…7
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4.2管线拓扑关系…………………………………………………………………………..…7
4.3属性数据库设计………………………………………………………………………..…8
4.4 等水压线绘制及管线三维查询………………………………………………………….8
5、结论……………………………………………………………………………………………..8
概要设计说明书
1、引言
我国水资源供需矛盾日益加剧，地下水质量、安全性大大的下降，管理和维护存在很大的不合理性，供水问题正由大城市向乡镇蔓延，乡镇供水管网的建设迫在眉睫。供水管网建设与管理是一项相对复杂的工程，需要通过设计计算、报批、建立数据库、GIS 系统维护等方面来实现整体的布局和管理。地理信息系统 是一门综合应用计算机技术、测绘遥感技术、现代地理学和自动制图技术最新成就的新兴边缘学科，近年来, 国内一些供水企业已经开始使用GI S 技术对供水管网进行管理但其应用绝多数还停留在设施管理和可视化显示的基础上t’〕, 在建立城市供水网地理信息系统的过程中, 没有做到GIS技术和供水专业的密切结合。
1.1编写目的
1．缓解我国日益增长的水资源供需矛盾。
2. 解决某些乡镇吃水、用水难的问题。
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3.提高乡镇居民的水资源的质量和安全性。
4.利用GIS功能使供水系统网络化管理
1.2背景
1.随着我国经济建设突飞猛进的发展，一些大型企业、工程在乡镇日益萌生。这就加大了乡镇的用水量。
2.经济的快速发展，也带来了环境的破坏，特别是水资源的污染特别严重，这就使得我国居民的吃水安全问题日益显露。乡镇水网建设刻不容缓。
1.3定义
给水管网 water distribution system ：给水工程中向用户输水和配水的管道系统，由管道、配件和附属设施组成。附属设施有调节构筑物（水池、水塔或水柱）和给水泵站等。
地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）：有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
1.4参考资料
[1]李冠民.天津市供水地理信息系统的建设与应用[J].供水技术.2011
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[2]孙辉.城市供水行业地理信息系统建设的探索[J].供水技术.2011
[3]黄春秋，陈中逊，孙华琼.供水管网维护管理的现状及未来发展趋势
[4] 阎正, 蒋景瞳, 何建邦，城市地理信息系统标准化指南〔M 了北京: 科学出版社, 1 998
[5]赵洪斌, 周建华，微观建模在在城市供水管网系统中的实践 [6]廖敏辉, 吴玉琴, 张钱 广州市供水管网地理信息系
统的开发与应用〔J]给水排水，2002
[7]李玉华, 王征，蚂蚁算法在日用水量预测中的应用
[8].科技传播.2011
2总体设计
2.1需求规定
1.管网设计本着节约，效率为目地
2.管网设计要因地制宜，合理施工，能够惠及大部分乡镇居民
3.水压要求能够保证居民正常用水
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, 2002
，给水排水华北水利水电大学
4.要有基于GIS的查询、管理、控制功能
2.2管网总体设计
供水管网的设计中平面定线和观景的确定是非常重要的，在一定程度上是比供水管网的竖向设计还要重要，此外不同地区的供水管网的计算会有很大区别，比如城市非居民区和城市居民区、工厂区，都需要在计算中有针对性的调整。
（1）制订供水管网优化改造规划需要考虑的各种因素。一是按照十年或十年以上城市总体发展进行规划和供水专业规划；二是综合体改供水安全性和可靠性；三是综合改善管网水质问题；四是综合改善不合理环节，使管网逐步优化；五是综合考虑降低漏损，将漏水频繁或造成较重影响的供水管道作为改造的重点。
（2）高速公路模式的供水管网优化措施。当前全国各大乡镇现代化进程不断加速，乡镇的规模也不断地进行扩大，对供水需求不断的发生变化，如果按照城规的方法来设计乡镇的供水网络，显然是无法解决优化和对乡镇变化适应性的矛盾的，这使得供水建立和管理部门常常处于被动的补休状态。因此提出乡镇供水管网的高速公路模式。模仿高速公路的特点进行管网布置，在环线建设中，要尽量考虑到主干线或环线的布置。第一，水管环线或是主干线模型的布置。对于小型乡镇，选择一条纵向向上可布置双管形成内环线或主干线。如果是内环线的话，则使环线到外侧边缘的距离与环中心的距离相近；而如果是主干线，则尽量使主干线的左右两侧边缘的距离相近。而对于大型乡镇，则可以建立双环线或是中字线。第二，干路管道的布置。在环形线上，使环线仅与干路管道相连，而不与支路管道相连，这样就可以减少局部水头的影响，此外在技术上尽量避免大口径的管线和小口径的管线相连，这样就可以节省投资。第三，支路管道的配置。从环路管道流出来的水通过支管接到用户，这样就可以减少支管的使用，并满足整个区域的供水压力需求。
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（3）提高乡镇供水管网的供水压力。供水管网应使乡镇现代化建设的供水区域所有的供水管道都能达到服务水压的标准，在该供水区域内六层以下的多层住宅都可以满足直接供水，不需要在建造房顶水箱或是再次加压设施。所以服务水压的标准是0.28Mpa 的标准。
（4）经济适当的控制供水管道的设计流速。乡镇供水网络的设计流速应控制在经济实惠的范围之内， 一般大于40mm 的大管径的经济流速为0.9m/s～1.4m/s，100mm～400mm 的中小管径的流速为0.6m/s～1.0m/s。管子出厂时应处于经济流速范围，与之相连的干路管道和支路管道的经济流速逐步的降低。
（5）整个区域的管网加压与调蓄设施的配置。第一，在供水区域有部分高地或是供水距离较长时，要研究在设计中实施分区直接加压的可行性与合理性，必要时还要考虑添加氯的情况。第二，在用水系数变化较大时，应研究供水管网在一定距离外的主干路水管附近设计调节水池，晚上进水，白天出水这样的可行性与合理性。
（6）水管网排污设施的设计。供水管排污口子的设计随着现代化乡镇的发展也变得越来越困难，有些乡镇的水管网仅有几个甚至没有排污口，而只靠消火栓来排污，显然这样是不能满足管道的清理和消毒的要求。这是很有可能发生爆管等突发事件的，为了保证水质，在乡镇管网的建设中，必须解决好排污阀门和排污管道的设置问题，从设计、施工到管理，这些都要高度重视。
2.3、供水管网设计的报批和建库管理
随着信息技术的普及，信息化技术也被广泛应用在供水管网的设计中，特别是在报批环节。很多城市在供水管网审批时，都开始利用网络平台，进行电子审批。当然，由于受资金等方面的限制，审批环节呈现处于半信息化状态，主要表现在上报材料实现了电子化，
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但是并没有实现电子化的读取。也就是说，报批的效率还没有得到极大的提高。因此，必须要继续常识和探索适合信息化审批的报批电子文件格式。现在设计单位基本上都是使用专业的设计软件进行设计的，设计的结果都是带有专业软件的电子属性，从附带专业电子属性的设计结果转化为附带专业的报批格式就是再向前一步的问题。附带专业属性的报批文件，在通过审批后，设计结果或是竣工图就可以直接有专门的软件读取专业信息入库，也就大大减少建库的人工误差了，这样就可以大大提高工作的效率。
2.4、管材选择
在管材选择时, 应尽可能选用糙率较小的管道, 同时还需考虑管道的工作条件、施工护、供水安全和寿命等方面要求。在输配水管道中, 目前使用的主要有钢管、铸铁管、混凝土管和塑料管。由于球墨铸铁管比钢管便宜, 且抗腐蚀性较好, 强度比混凝土管高, 因此在管道明露、穿越公路、河流等部位采用球墨铸铁管。塑料管内壁光滑、输水能力强、耐腐蚀、不易结垢、材质轻、施工运输方便、价格便宜, 特别在小口径管中有明显优势, 故其他部分输水管道均采用塑料管。由于硬聚氯乙烯塑料管(UPVC) 力学性能和阻燃性能好, 价格较
低, 故本设计采用UPVC。
2.5、供水管网的建造以及其维护
（1）建立供水管网地理信息系统（GIS）。在建立这个地理信息系统时，要考虑几个方面的问题：首先，要弄清管网的基本信息。在进行管网改造时，要对管网经过的道路进行综合分析和了解，从而在道路布局的基础上进行相应的管网改造。这样一来，就会提高城市供水管网建设的安全性，也能够提高建设效率。其次，要监理一个全面统一的管理网
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网库。对繁多的城市管网进行分类，要让掌握详细资料的个专业部门呈交详细的资料，实施统一化管理，然后，要采取统一的方式让各部门可以通过一定的途径对这个管理网库进行访问和浏览。当遇到城市管道施工或者抢修时，可以对其开放权限，允许其调阅相关资料进行查询。这将对施工安全产生革命性的影响。新设计的道路地下管道的施工，也可以在统一的数据库中进行统一规划，这样施工人员就可以根据施工进度，随时将已经完成施工的管网转化为固定现状管，使得施工人员能够有的放矢，减少施工事故。
（2）做好水管网的实时监测。按照每10Km2 设置1～2 个实时监测站的要求，配置自动检测管网压力、浊度、余氯、的仪器，实时监测和记录管网水压、浊度、余氯状况并将信息及时传输到水公司中心调度室，对供水管网系统进行实时的运行监测和分析。一定要定期对实时监测站的仪器进行监测和保养，维护实测数据的准确性。要长期对实时监测站的信息进行保存归纳，为以后供水调度系统有准确的决策提供依据。
（3）注意应对供水高峰期管网测压、测流、测粗糙系数的统计。该测定是了解管网实际运行情况和内在性能的重要手段，是加强管网优化调度使其经济合理运行的基础工作。第一，高峰供水期的供水压力的测定在每10Km2 设置的实时监测站连续测压的基础上，增加流动邪恶压点，以每平方千米至少一个点的测压，绘制这个城市供水等压线图。第二，供水高峰期管道流量的测定是根据城市规模在DN500 到DN700 以上管道设置测试点，在每年的夏季高峰供水期对城市的供水管内的只要管道的流量进行测定。第三，在测流点附近100 米左右同时设计一个测压点，在测流的同时再用U 型管测两点的压力，并求其压力差，从而计算得出粗糙系数。测量管道粗糙系数是了解管网实际运行情况以及内在性能的手段，以加强官网的优化调整使其经济运行供水工作。
2.6、供水管网库标准化的建立
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目前，很多的乡镇都在各种自来水公司、排水管理部门、城市规划院、规划局等不同的部门建立起相关管网的GIS信息化管理系统，并且发挥了很大的作用，但是这种各成一家的状态，很大程度上局限了管网信息系统的作用，没有统一的桥梁，纵使各个系统之间都相互开放，也不能实现所有信息的完全共享。如果建立一个统一的信息管理部门，组织城市管网GIS 系统数据的标准并在相关环节各个落实，我们的管网信息系统就可能像卫星地图那样应用的，就可以发挥出非同凡响的的潜力，产生巨大的社会效益。
3、供水管网管理系统的开发
3.1确定G IS 软件平台
选定合适的平台是一个专题地理信息系统功能实现的关键专题的GI S 软件平台具有开放性, 易于定制并具有较强的二次开发功能成熟实用的地理信息系统的重要标志就是它提供给用户的二次开发能力, 包括提供完整的二次开发函数库, 用户可以在GI S 平台上运用它开发面向各自领域的应用系统。
3.2 数据库的建立
数据是GI S 系统发挥其强大功能的基础, 没有完善详实、结构合理的数据, 就不能发挥应有的作用。
.数据库的建立流程如图1 所示·
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城市供水管网地理信息系统的数据源可概括为两类: 一类是基础数据, 包括城市基础地形图和用于反映地形、标高、交通、水系、境界、房屋和人等信息的属性数据资料; 另一类是专业数据, 包括供水管网及水源、水泵站等管网设施的空间数据及管网技术信息、运行记录等属性数据。
供水系统的数据录人有3 种方式: 外业测量数据、施工图矢量化和数据转换
外业测量数据将外业测量成果在GI S 软件平台上直接形成空间数据和属性数据, 方便准确, 但是成本较高; 施工图矢量化是采用对纸图施工图扫描矢量化, 数据精度主要由底图质量和数据录入人员控制; 数据转换是从CA D 等电子格式数据通过数据转换的办法, 生成城市供水系统数据。
3 .3供水管网模型
数据库建立以后, 可以从中方便地提取建立管网水力模型的数据给水管网水力模型是将给水系统中的一些设施(如水泵、管道、阀门、水库或水塔等) 的特性数据、属性数据及
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水量数据输人管网模拟计算软件, 进行延时模拟计算, 并达到一定校验标准的模型I’〕. 供水管网水力模型建模技术流程如图1 所示 。
在水力模型建立中, 利用GI S 软件对网文件或线文件的识别功能, 可形成整个管线的拓扑关系然后搜索供水系统设备, 如水源、泵站、用户、管路附件等设施与管段节点的连接关系, 将管线、设备、管路附件等的属性赋为管网图类的权值或成员变量, 对管网图分类进行封装, 形成水力计算需要的关联矩阵、基本回路矩阵并计算管段比摩阻、流速、阻力数、阻力损失, 确定管径。
建模软件完成水力计算后, 系统读取计算结果, 如管道分配流量、管道流速、节点压力、节点压降、节点供水路径等, 生成管网流向图和区域压力分布图在GI S 视图上显示.供水管网水力模型的建立为实现管网合理调度、运行工况动态分析、信息动态管理等功能奠定了基础。
3.4 管理功能
（1） 地形图库管理: 能够提供分别对点、线、面种图元的空间数据和图形属性进行编辑的功能, 同时还集成矢量化和图形输出功能, 能够对图库进行灵活管理和数据转换, 形成一个功能强大的图形编辑管理系统，它包括图形输人、图形编辑、图形输出、图库管理、数据转换等功能
（2）查询、统计: 统计查询是管理软件的基本功能之一, 应提供分类查询、组合查询、模糊查询等查询功能统计功能应实现对管线、管路附件、泵站等设施的分类统计、汇总等在GI S 软件的基础上, 查询、统计的结果可以通过空间数据和属性数据反映出来, 使操作者一目了然
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（3） 决策支持: 收集、整理、贮存并及时提供运行系统与决策系统的各种数据; 灵活运用各种模型与方法, 通过调用数据库有关信息进行运行分析、水量预测、管网各种运行状态(正常/ 事故)的模拟及优化模型求解; 各种图形、表格的输出;系统的维护和帮
（4） 管网Web 发布: 通过建立Web 发布子系统, 用户用通用的网页浏览器可以直接访问管网系统的主页, 浏览图形, 按类型、区域、条件查询管件信息, 实施关阀搜索, 查看等压线, 并进行网上办公, 浏览器端不用安装任何附加软件。
4、关键技术
4.1 功能的拓展
在GI S 提供的图(数) 编辑、查询、统计等基本功能的基础上, 结合给水管网的实际需求对系统功能进一步拓展, 使其应用不再局限于图形、属性的简单数据库管理上, 而是具体扩展到供水管网优化设计、水力工况分析、优化调度、事故分析与处理等决策支持系统等方面
4.2 管线拓扑关系
将GI S 软件的拓扑识别、空间分析功能与图论和面向对象技术结合, 可以实现供水管网的自动建网、自动更新作为一个好的供水GI S 系统,管网拓扑关系的准确是使系统稳定、工作正常的基本保障, 重要的是系统能够自动保持拓扑关系的正确性这要求供水GIS 系统在工作时应自动维护管网拓扑关系的一致性, 不会因为某个误操作而破坏管网拓扑的完整性, 从而使得整个系统更加可靠、稳定。
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4.3 属性数据库设计
对于属性数据库的分析设计至关重要, 具体包括以下3 项内容: 一是进行需求分析, 即充分了解系统对数据库的要求: 属性数据库必须能够合指数评价决策矩阵中确定客观的水环境污染程度。
4.4 等水压线绘制及管线三维查询
等水压线绘制及管线三维查询等水压线自动实时绘制功能以三遥系统测得的测压点压力数据为基础, 按一定的时间间隔读取并更新压力数据绘制等水压线, 用户可以根据等压线的情况, 清楚地了解到某个测压点的压力状况, 从而判断哪些地方应该加压、哪些地方应该减压, 以保证供水网正常、经济地运行 三维立体图的观察、查询功能依靠探测的外业数据的地面标高、埋深、管径来实现管线的三维显示.同时还能实现三维立体图的缩放、任意角度观察以及三维查询功能, 用户可以通过该功能清晰明了地观察各管线的具体走向、埋深等。
5结论
（1）基于GI S 的城市供水管网管理系统开发涉及到多领域、多学科, 需要各专业相互密切配合。
（2）选定合适的GI S 平台是一个专题地理信息系统功能实现的关键数据库建立时应提供灵活直观的数据人库手段和多种强有力的数据查询途径。
（3） 开发基于Gl s 技术的供水管网优化设计、水力工况分析、优化调度、事故分析
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与处理等决策支持系统是供水管网地理信息系统今后发展的方向之一。
（4）建立基于GI S 的城市供水管网管理系统能快捷方便地对管网信息进行编辑、显示、查询统计等操作; 并对管网运行中的突发事件进行紧急事故处理, 为爆管、工程施工等制定开关阀方案;能为管网的日常维护、规划设计、工程改造等提供有力的科学决策依据。
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