邓海英1，赵洪宾2，解斌2
（1大连现代高技术发展有限公司，辽宁 大连 116021；2?哈尔滨建筑大学 给排水系?统研究室，黑龙江 哈尔滨150008） 摘要：对城市给水管网事故抢修时，就确定关闭阀门的优化方案编写了计算机程序，并对分析结果进行模拟显示。以大连开发区给水管网为实例，获得了满意的结果。
关键词：供水；管网事故；阀门关闭；优化方案
中图分类号：tu991.33
文献标识码：c
文章编号：<1000-4602(2000)06-0042-03 长期以来，我国城市供水管网都是依靠人工来管理各种资料，当某处发生事故时，必须依靠人力查阅图纸、确定抢修方案。这种工作方式不仅工作量大，速度慢，而且缺乏准确性、科学性。
目前，国内已有一些城市引进地理信息系统，建立了供水管网的图形数据库，基本实现了管网图及背景图的增加、删除、修改以及查询功能，但对事故时关闭阀门方案确定的研究尚少。在城市供水管网运行中，由于各种原因，常常会有事故发生，同时每年还需要对管网进行计划检修，遇到上述情况，通常需要关闭一些阀门。为此，本文对此课题做了深入细致的研究，并编写了计算机程序，应用在大连开发区的供水管网。该程序能够实现当指出事故点时，立即给出关闭阀门的最优方案，同时可以查看受影响管段的相关信息、受影响的大用户信息、所需关闭阀门的卡片图及相应信息。当某个阀门因损坏而失效时，还可以给出新的关闭方案。 1 程序设计原理 城市供水管网按图论的解释就是一个“连通图”，在环状管网中，由水源点至管网任意点之间可有许多条“路径”。因此，除少数简单情况外，一般用人工方法不易直观、快捷、准确地给出关闭阀门的优化方案，但通过计算机就可以做到这一点。以事故点为中心，关闭与之相邻的最小数量的阀门，就能切断该管段与周围各管段的联系，称该管段及关闭的各阀门所构成的停水区域为“影响区”。
1.1 程序设计思想
① 首先以事故点为中心，采用广度优先遍历方法确定影响区。?
a.若事故点所在管段两侧均有阀门，则将距事故点最近的两个阀门关闭即可。如图1所示，若不考虑阀门本身故障，假设事故点在阀门(5)和(6)之间，则应关闭阀门(5)和(6)。 
b.若事故点所在管段上，事故点的一侧有阀门，一侧没有阀门，则首先将有阀门一侧距事故点最近的阀门关闭，然后对另一侧进行广度优先遍历，搜索所有与事故管段无阀门侧相连的各个管段。该搜索过程是一个递归过程，一直搜索到全部与事故点相邻的阀门为止。
c.若事故点所在管段上没有阀门，则对事故点两侧均进行搜索以确定影响区。
② 经上述过程确定的影响区并非真正的影响区，因为有的影响区可能会连接一系列非环状管，这里将其称为“支管”(如图2右侧由节点12、18、19、20、21、22组成的五条管段)。这些支管的水流方向很明确，只能是单向的。当与这些支管相连的环状管为影响区中的管段时，则这些支管也会受到影响而停水，故真正的影响区还应包括这些支管。 
解决上述“支管”问题的方法是：从水源点出发，对整个管网进行广度优先遍历，当遇到①确定的影响区中的阀门时则跳过，这样将所有遍历到的管段号记录到一个文件中，然后将其与整个管网相比较，该文件中缺少的管段号即是影响区中的管段。
经过这样处理所得到的影响区才是真正的影响区。
1.2 理论模型
(1)设由①过程确定的影响区中的管段所构成之集合为G1；?
(2) 设由①过程确定的影响区中的关闭阀门构成之集合为V1；?
(3) 过程②即为从水源点搜索V1中的阀门所在管段的过程，每遇到任意的i∈V1，则跳过对此管段的搜索，过程②确定的影响区中的管段构成之集合为G，则G1 G?；?
(4) 设V1中的阀门对应的管段构成的集合为VG，则VGG；
(5) 设i∈VG，管段i的起始节点为i1，终止节点为i2，设与i1相连的所有管段构成的集合为S1，与i2相连的所有管段构成的集合为S2，如果对任意的j∈S1∪S2，均有j∈G，则从集合VG中去掉管段i。设最终得到的集合VG所对应关闭阀门集合为V，则VV1。
(6) 最后，集合G中的管段是被停水的管段，集合V中的阀门是应当关闭的阀门。
1.3 智能分析
影响区中的某个阀门由于损坏而无法关闭时，则进一步搜索与之相邻的阀门，确定新的影响区，并对损坏的阀门加以标记，以备及时修复。 2 实例 根据上述设计原理及思想，编写了计算机程序(程序清单略)，并以大连开发区的整个供水管网为实例，得到的结果很令人满意。大连开发区供水管网是一个大型管网，包括2 446个节点、2 562个管段、1 806个阀门，长期以来一直采用人工管理方式。现将本软件系统应用于大连开发区，不仅节省了人力、物力和时间，提高了工作效率，增强了处理问题的准确性、科学性，同时还提高了自来水公司的现代化管理水平。
图3是从大连开发区给水管网中截取的一小段管网图。
事故点所在管段号：324，位置如图中“X”型符号所示处。经程序分析，应关闭的阀门所在管段号：302和303。 
关闭阀门后的影响信息如表1～3所示。 表1 停水管段（图3中用粗线表示）| 管段号 | 所在街道 | 起点 | 终点 | 管径（mm） | 管材 | 管长（m） | | 324 | 鹤岗路 | 299 | 305 | 200 | 铸铁管 | 39.24 | | 306 | 鹤岗路 | 299 | 314 | 150 | 铸铁管 | 55.23 | | 302 | 鹤岗路 | 299 | 300 | 200 | 铸铁管 | 96.93 | | 303 | 鹤岗路 | 299 | 297 | 200 | 铸铁管 | 147.40 | | 325 | 鹤岗路 | 305 | 306 | 200 | 铸铁管 | 20.23 | | 326 | 鹤岗路 | 305 | 307 | 200 | 铸铁管 | 76.91 | | 327 | 鹤岗路 | 307 | 308 | 100 | 铸铁管 | 22.5 | | 328 | 鹤岗路 | 307 | 309 | 200 | 铸铁管 | 55.1 | | 332 | 鹤岗路 | 309 | 313 | 200 | 铸铁管 | 52.33 | | 329 | 鹤岗路 | 309 | 310 | 200 | 铸铁管 | 19.69 | 表2 关闭阀门| 阀门编号 | 口径（mm） | 式样 | 开启度（%） | 反正扣 | 所在管段号 | 距起点位移（m） | | 1759 | 200 | 立式 | 100 | 正扣 | 302 | 37.56 | | 1264 | 200 | 立式 | 10 | 正扣 | 303 | 14.17 | 表3 影响用户（月用水量超过100m3）| 用户编号 | 用户名称 | 用户地址 | 所在管段号 | 距起点位移（m） | | 030049 | 开发区白鹭
服务中心 | 哈尔滨路（浴池） | 329 | 19.69 | | 030050 | 白鹭服务中心 | 哈尔滨路（办公） | 329 | 19.69 | | 030075 | 东方电脑
显示器材 | 哈尔滨路 | 306 | 55.23 | | 030079 | 北太平洋制罐 | 哈尔滨路（办公） | 325 | 20.23 | | 030080 | 北太平洋制罐 | 哈尔滨路（宿舍） | 325 | 20.23 | | 注 由于图低输入过程略去除末端入户管，所以用户地址与接水管所在街道可能不同。 | 由表1～3的信息，对照管网平面布置与阀门位置图可以看出：?
① 对于不同位置的事故点，相应的阀门关闭方案确是最优的。
② 对于大部分事故点，用人工方式很难在图纸上快速、准确地确定阀门关闭方案，而应用该计算机程序则可迅速给出最优方案。?
另外，关闭方案中的阀门由于损坏而失效时，可以立即给出新关闭方案。如上面的实例及事故点，假设303号管段上的阀门损坏了，则还应关闭305号管段上的阀门。
该程序实现在整个管网中用特定颜色、闪烁显示等方式标识出影响区，使用户一目了然，同时还可以查看到受影响的管段信息、各受影响大的用户信息、各关闭阀门的卡片图及相应信息。了解到这些信息后，就可以作好各种准备工作，及时修复事故点，将损失降至最低。 参考文献：
［1］严煦世，赵洪宾.给水管网理论与计算［M］.北京：中国建筑工业出版社.?
［2］数据结构［M］.北京：清华大学出版社.
［3］delphi2.0入门与提高［M］.北京：清华大学出版社.
电话：(0411)4307953
收稿日期：1999-12-27 | 
