供水在线水力模型系统AQUIS
——实时仿真、优化和主动决策，智能水网管理专家
施耐德电气（中国）有限公司
供水安全和应急一直是自来水公司最为关心的事情，但在缺乏关于运行性能、管网状态和用户需求等实时信息的情况下，需要确保供水安全，并对供水调度做出快速反应时，自来水公司就会面临巨大挑战。除此之外，自来水公司还面临管网老化、水源污染、管道泄漏、电耗高等问题。
长期以来，供水公司投入大量资金改造管网、安装表计和建立SCADA系统，使一部分配水管网得以监测，但仅仅SCADA系统尚不能足以对整个配水网络进行主动仿真。据统计，大部分自来水公司将总投资的20%用于水厂，而80%则用于输配水网络建设，大多数自来水公司只关心水厂出水状况，而对出厂后的水质和运行状况几乎不了解。另外，各类法律法规、标准规范对水安全的要求也越来越严格，自来水公司能否制定有效的应急预案并及时处理故障，提高用水户满意度，也变得越来越重要。
要顺利解决以上众多挑战，就需要掌握供水网络实时运行状况，而AQUIS在线水力模型系统，正是为此而设计。
首先，AQUIS是一个水力建模工具，提供了对供水网络中的流量、压力和水质进行仿真，AQUIS系统基于实时SCADA数据来分析并追踪当前情况，让操作者能做出更好，更聪明的决策从而优化生产并提高你的效益。
其次，AQUIS能够方便的、低成本地与任何开放式应用程序整合，尤其是与SCADA系统、GIS系统、营收系统的集成，实现了全面的智能供水调度，并提供在水管网管理领域的大量知识和经验作为技术支持。
为了帮助保持标准水质，AQUIS能够在整个水网中跟踪流量、流向和水质，并快速浏览到化学成分、水龄、浊度和气味等数据。
AQUIS的应用模块如图 1
基础数据建模仿真决策账单/GIS系统模型管理器工程规划运行调度数据管理器SCADA系统仿真优化图 1 AQUIS应用模块
基于AQUIS能够全面掌握水网实时运行状况，而AQUIS提供的专业应用模块，能够帮助自来水公司进一步节约运营成本和投资：
? 供水管网水力和水质建模
根据管网GIS数据、监测点历史数据和用户用水数据，建立管网水力数学模型和水质模型。
? 水力动态仿真
基于供水管网水力模型，动态仿真不同时段下的管网和出厂的压力、流量、流速、水头损失等参数数据，使操作人员直观的掌握水网水力运行情况。
? 水质动态仿真
基于水质模型，动态仿真不同时段下的管网水质情况，如含氯度、水龄、浊度、气味、化学成分等数据，使操作人员直观的掌握水网水质情况。
? 场景仿真和预案管理
根据需要将特殊情況或事故时（如水厂检修停产、管网维修关阀等）的供水调度人工初始方案及相应的各种控制条件进行设定，生成最佳的调度预案。
? 模型平差分析和模型校正
比较模型仿真结果和实测数据的差值，进行误差分析，仅一步对模型进行校正，确保模型准确可靠。
? 用水需求预测
分析预测整个供水网络的总用水需求，也可以按照供水区域、管网节点预测用水量情况。
? 水锤分析
包括在线和离线水锤分析，根据运行数据分析管网中的水锤情况，为管网优化改造、阀门调度提供合理的水锤分析决策。
? 管网规划设计辅助和监测点布置优化
根据用水需求、供水能力分析等，为管网规划、管网设计提供辅助分析，利用模型仿真，优化自动监测仪表的安装布置。
? 管网分区设计辅助
为管网DMA分区提供设计辅助和检验，能够在管网自动分区基础上进行人工调整。
? 漏水检测和分析
为了能快速检测到配水网络中最新的泄漏，AQUIS提供了最为强健和可靠的漏水检测方法：集成流量测量(IFM)和夜间流量分析(NLM)。这两种方法基于实时SCADA数据，漏水检测模块通过实时分析确定漏水区域和位置，并向SCADA系统发出报警，以便快速作出应对措施。
? 水泵优化
在任意给定时间上，分析和提示输水/配水网络中的水泵最佳运行工况，从而在满足用水需求的同时将能耗成本降至最低。通过结合泵效、能源成本和用水量，AQUIS水泵优化模块能节省多达20%的能耗成本。
? 生产优化
结合水网中水的生产、水力限制和用水需求，由此确定最为经济的运营方式，指导制水生产，大幅度地降低生产成本。
? 压力优化
分析管网中不同时段的水压状况，结合泵效和用水需求数据，生成最佳的压力优化方案，减少管网泄漏、减少能耗，为压力优化调度提供决策支持。
自动整合模型与SCADA系统的信息，提供最佳的管网压力优化决策，降低配水管网中的压力至合理水平，并能够快速显著地对管网中的泄漏和爆管率产生影响。
AQUIS系统的主要特点有： 1. 简单易用
AQUIS系统提供非常简洁的操作界面，是操作人员非常方便的使用AQUIS系统。
2. 易于集成
AQUIS系统能够轻易地，低成本地与任何开放式应用程序整合，尤其是与SCADA系统、GIS系统（CAD）、营收系统的集成。
3. 丰富的系统接口
AQUIS系统提供了WebService、SQL、TXT等方式的数据接口，不仅能够方便的与外部系统数据通信，还能够将AQUIS系统界面直接集成到SCADA和网页中，便于管理。
4. 一体化的静态分析、历史数据动态仿真和在线分析
AQUIS系统一体化的提供了静态分析、历史数据动态仿真和与SCADA系统结合的在线分析，用户根据自来水公司实际需要，实现管网规划、设计、在线调度决策提供辅助应用，AQUIS是真正的第三代在线水力模型。
5. SCADA数据质量检验
提供了对SCADA异常数据的质量检验，能够根据设定的规则自动剔除毛刺、扰动等数据，以减少异常数据对模型的影响。
6. 在线水锤分析
在接入实时SCADA数据的情况下，能够实现在线水锤分析，为阀门、泵站开关提供调度辅助。
7. 历史仿真和未来预测相结合
是目前世界上唯一的，基于时间轴管理，能够在仿真管网历史运行状况的基础上，预测未来一段时间内的管网运行状况。
综上所述，AQUIS系统不仅仅为自来水公司相关部门，还能够为用户带来高附加值的服务，真正成为智能水网的大脑。
图2是AQUIS的客户价值。
调度中心用户方便的获取信息?方便的通过网页即可获取供水最新信息?在计划性停水和应急状况下，及时通知用户科学、准确、快速的调度决策?纵览水网运行情况，为调度指挥提供决策辅助?简单易用的漏水、爆管监视和分析?优化压力，能节约最多20%的水泵电耗现场维护客服中心提升客服满意度?方便地获取用户资料和地理位置从而提高投诉的处理和记录效率?优化供水压力，提高客户满意度随时连线?纵览当前运行状态，协助现场维护和检修?自动通知相关用水户，节省时间工程规划和设计专家顾问最佳建议?精确计算和分析，减少试错?提供最有价值的专家建议?最合理的管网和设备资产选型管理人员全面而有深度的掌控?全面监控?实时在线显示供水水力和水质状况?更好的理解水网，作出更高质量的管理决策更科学、更高效?精确设计新建管线的方案?高效而有计划的开展管网改造和维护工作?优化设计方案，优化监测布局
图 2 AQUIS的客户价值
供水在线调度系统——AQUIS介绍
