一、研究背景

随着我国城镇化建设持续推进，城市建成区范围不断拓展，城乡供水一体化体系逐步完善，城市供水格局呈现规模化、网络化、多级化发展特征。多数山地城市、狭长型城区及城乡一体化供水区域受地形高差大、输水距离长、覆盖范围广等地理条件限制，单一水厂重力供水模式无法满足全域供水需求，普遍采用多级加压泵站串联、分区接力的供水模式，构建起多级泵站协同输水的供水体系。多级加压泵站作为城市供水网络的核心枢纽，承担着水源输送、压力调节、水量调配、管网稳压的关键职能，其运行稳定性、调度合理性、控制精准性直接决定城市供水保障能力、供水水质稳定性与水务运行能耗水平，是城市智慧水网建设与民生供水保障的核心环节。

当前国内多数城市多级加压泵站系统仍沿用传统独立运行、人工辅助调度的管控模式，各级泵站单独完成本区域加压输水任务，站点之间数据互通性差、调度联动性弱，形成典型的信息孤岛与独立管控格局。传统运行模式下，泵站运行参数多依靠人工经验设定，水泵启停、频率调节、阀门管控缺乏统一的全局调度逻辑，无法根据城市全域用水负荷、管网压力动态变化、时段用水差异进行实时联动调整。在城市用水高峰期、季节用水波动期、管网检修及突发用水工况下，各级泵站易出现压力匹配失衡、输水流量不协同、前后级泵站工况脱节等问题，极易引发管网压力骤升骤降、供水末端水压不足、管网水锤冲击、水泵机组频繁启停等故障，不仅严重影响全域供水的稳定性与均衡性，还会大幅增加管网渗漏、设备损耗、机组故障风险。

从水务运行管理层面来看，多级泵站独立运行模式存在能耗偏高、运维成本高、管控效率低等突出问题。多级加压供水系统整体扬程大、机组数量多、运行工况复杂，各级泵站单独稳压运行易造成冗余扬程、无效能耗叠加，使得泵站能耗占据城市供水运营能耗的主要比例，资源浪费问题突出。同时，传统管控模式自动化、智能化水平偏低，缺乏全局感知、动态预判、联动调控的智能控制机制，无法实现多级泵站工况协同、水量匹配、压力联动的一体化调度，难以适配现代城市供水精细化、节能化、智能化的管理需求。

在智慧水务、城市供水一体化深度推进的行业背景下，传统粗放式、经验化、分散式的泵站调度控制模式已无法适配现代化城市供水发展要求。现阶段国内外针对单泵站智能控制、简单双级泵站联动的研究相对较多，但针对复杂城市供水体系下多级泵站一体化联合调度、全域协同控制、动态工况优化的系统性技术研究仍存在短板，缺乏适配多工况、多站点、长距离输水场景的联合调度控制体系，难以解决多级泵站工况失衡、能耗偏高、运行稳定性不足等核心痛点。因此，开展城市供水一体化多级加压泵站联合调度运行控制技术专项研究，构建智能化、一体化、精准化的联合调度控制技术体系，是破解当前城市多级供水系统运行难题、推进智慧供水建设的必然需求。

二、研究意义

本课题立足城市多级加压供水系统运行痛点与智慧水务发展需求，聚焦多级泵站联合调度与智能控制核心技术开展系统性研究，兼具重要的理论研究价值与极强的工程实践价值，能够有效完善城市供水泵站智能化管控技术体系，提升城市供水安全保障能力与水务精细化管理水平。

在理论意义层面，本研究能够丰富城市供水多级泵站协同调度与智能控制的技术理论体系，填补复杂多级供水系统一体化调度的研究空白。目前国内供水泵站研究多集中于单泵站节能控制、设备自动化改造、简单两级联动调控等细分领域，针对多站点、长距离、变工况的多级加压泵站全域联合调度、动态协同控制、工况匹配优化的系统性理论研究较为薄弱，尚未形成成熟的多级泵站一体化调度控制理论框架与技术体系。本课题通过探究多级泵站运行耦合机理、工况联动规律、动态调度逻辑与智能控制机制，厘清各级泵站之间水量、压力、工况的内在关联与协同适配原理，完善复杂供水网络泵站群智能调度的理论体系与技术范式，为城市智慧供水、泵站群一体化管控、水资源高效调配相关研究提供扎实的理论支撑与技术参考。

在实践意义层面，本研究能够有效解决多级加压供水系统运行不稳定、能耗偏高、管控滞后、运维繁琐的现实问题，全面提升城市供水保障质量与运行效益。通过构建多级泵站联合调度运行控制技术体系，可实现全域泵站工况实时联动、动态适配、精准调控，有效规避传统模式下压力失衡、流量脱节、水锤冲击、机组频繁启停等问题，稳定城市供水管网压力，均衡全域供水水量，彻底改善高低区域供水不均、高峰期供水不足的问题，大幅提升城市供水稳定性、均衡性与安全性，保障居民用水与城市生产生活用水需求。同时，一体化智能调度可优化各级泵站机组运行工况，减少无效扬程与冗余能耗，降低水泵机组、阀门及管网设备的损耗，有效节约水务运行能耗与设备运维成本，助力水务行业节能降耗、绿色低碳发展。

在行业发展层面，本研究能够推动城市供水泵站管控从分散独立、经验人工模式向一体化、智能化、精准化模式转型升级，助力智慧水务与城市供水一体化体系高质量建设。本课题研发的联合调度运行控制技术，可适配各类地形复杂、输水距离长、多级加压的城市供水场景，具备较强的通用性与可推广性，能够为城乡供水一体化、区域供水联网工程的泵站群智能化管控提供可复制、可落地的技术方案。同时，通过智能化联合调度技术实现供水系统全域动态感知、自动调控、智能预判，能够大幅降低人工值守与人工调度工作量，提升水务管理自动化、智能化、精细化水平，推动城市供水管理体系现代化升级，助力城市基础设施智慧化建设。

三、研究内容

本课题坚持问题导向、技术导向与应用导向，围绕城市供水一体化多级加压泵站运行调度现存核心问题，聚焦多级泵站耦合机理、联合调度逻辑、智能控制技术、系统优化方案开展系统性研究，构建适配复杂工况的多级泵站联合调度运行控制技术体系，具体研究内容如下。

一是多级加压泵站供水系统运行机理与现存问题研究。系统梳理城市多级加压泵站串联供水、接力输水的系统架构与运行特征，分析各级泵站水泵机组、变频设备、阀门、蓄水池及管网的工作原理与运行特性，探究多级泵站之间水量输送、压力传递、工况耦合的内在关联机制。结合城市日常供水、高峰供水、季节供水、管网工况波动等多场景运行特点，系统剖析传统分散调度模式下多级泵站工况不匹配、压力失衡、能耗冗余、运行稳定性差、应急调控滞后等核心问题，精准识别影响多级泵站联合运行效率与供水稳定性的关键因素，为后续调度控制技术研发奠定理论与实践基础。

二是多级加压泵站联合调度优化模型构建研究。依托城市供水一体化运行需求，结合全域用水负荷动态变化规律、管网压力分布特征、各级泵站设备运行参数，构建多级泵站联合调度优化模型。摒弃传统单站点独立调控模式，以全域供水稳压、水量均衡、能耗最优、运行稳定为核心目标，整合各级泵站流量、压力、机组频率、运行负荷、时段用水需求等核心参数，梳理多级泵站联动调度逻辑，明确前后级泵站工况匹配关系、动态调控阈值、负荷分配机制。兼顾常规供水工况与突发波动工况，实现多级泵站运行参数的协同优化配置，形成全域一体化的调度决策机制。

三是多级泵站联合智能运行控制技术研发。针对多级泵站动态工况波动、外界干扰多、耦合性强的运行特点，研究适配多级供水系统的智能联动控制技术。探究基于实时数据感知的动态变频调控、机组联动启停、压力闭环控制、水锤防护联动控制技术，实现各级泵站根据上游输水流量、下游管网压力、全域用水需求自动适配运行工况。重点研究多站点协同抗扰动控制技术，解决用水突变、设备小幅波动、管网工况变化引发的系统运行失稳问题，实现多级泵站运行状态的实时同步、精准联动、自动优化，构建自动化、智能化、自适应的联合控制技术体系。

四是多级泵站联合调度运行控制系统优化设计。结合智慧水务管控架构，研究多级泵站一体化调度控制系统的整体架构与功能模块设计，整合数据采集、实时监测、智能调度、自动控制、故障预警、工况优化等核心功能。打通各级泵站数据壁垒，实现全域泵站运行数据、管网参数、用水数据的实时共享与统一分析，依托一体化管控平台实现多级泵站调度指令统一下发、工况统一调控、状态统一监测，解决传统系统数据割裂、调度分散、管控滞后的问题，形成集中管控、全域联动、智能调度的一体化运行管控体系。

五是联合调度控制技术应用验证与优化研究。结合城市多级加压供水实际运行场景，对构建的调度模型与控制技术进行适配性验证，分析不同用水时段、不同负荷工况、不同运行状态下技术体系的运行效果。针对应用过程中存在的调控滞后、工况适配不足、能耗优化不充分等问题，迭代优化调度算法与控制逻辑，完善多级泵站联合运行控制策略，最终形成一套运行稳定、节能高效、适配性强、可落地推广的多级加压泵站联合调度运行控制技术体系，全面提升城市供水一体化系统的运行质量、保障能力与节能效益。