成都市供水管网动态模型的建立及应用研究pdf南宫28

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　　成都市供水管网动态模型的建立及应用 陈字敏林建国 李伟 左晨童雪丰黎孝梅蒲甫成 成都市自来水总公司 摘要：成都市自来水总公司为搞好给水管网的研究，将管网管理由经验型、粗犷型向集 约形、科学型转化，建立了全市给水管网的计算机动态水力模型。本文主要阐述模型的建立◆、 运用以及维护，用成功的实例证明计算机动态水力模型对实际生产的重要指导意义◆◆。 关键词： 计算机给水管网动态水力模型 模型框架 特性曲线 节点流量 校核 动态维护 1．课题的提出 成都市位于四川盆地中部偏西，市区供水管网为重力流和泵压流相结合的环状网络结构◆◆。 至2001年末共有3座地表水厂及一座6万皿3加压站，总的日供水能力为138万0，供水面 环路呈网状布置，最大管径DN2400◆◆。 随着近年来西部开发战略的实施，城市基础设施建设方兴未艾，三环路◆◆、外环路建成通 车；二环路以外大量新型小区开发建设；老城区道路改造工程加大了力度。而且，随着BOT 水厂40万IB3／日工程的投产以及我司逐步向龙泉、郫县、新都、双流等近郊城镇集中供水， 致使供水能力、供水规模不断扩大，因此搞好给水管网的研究，尽量降低管网的投资费用和 运行费用是我司面临的一项迫切课题。 我司要尽快改变管理意识，发展科学技术，真正摆脱经验管理的束缚，由粗放型管理向 集约型、科学型管理转化，赶上当代世界供水事业的发展速度，必须依靠强有力的技术支持， 而管网供水动态模型的建立正是为管理意识的转型奠定了坚实的基础。 2．解决问题的方法 目前最有效的方法就是建立计算机给水管网动态水力模型，建立一个既能为管网的更新 和维护提供科学的操作管理方法，又能为城市供水管网规划成都市供水管网动态模型的建立及应用研究pdf南宫28、设计和更新的优先性评估提供 科学依据的详细动态水力模型。 总公司于2001年将管网建模项目定为该年度管网建设重点项目，成立了以总公司经理为 项目领导小组成员，所有相关配合单位的基层领导为配合部门负责人的一个级别最高◆、组织 严密、考核严格的管网建模项目领导小组。同时在技术上采用先进成熟的经验，计算软件为 一96— 录仪以及QUADRINA插入式流量计等◆。 3．成都市供水管网动态模型的建立 管网建模工作的技术关键主要表现在基础资料(管网属性◆、摩阻系数、泵站曲线、用户 资料等)的准确性◆、管网节点流量分配的合理性以及现场测试精度等几个方面，为此我司管 网建模小组在基层单位的积极配合下开展了下述各项工作。 3．1确定模型框架 成都市供水管网结构较为复杂，为简化模型框架，同时保证模拟精度，针对成都市供水 管网的特点，我们采用“微误差简化”的原理对水源及管网进行了技术简化◆◆。将以泵压流形 式供水的二厂◆、五厂、塔子山加压站按实际状况简化进入模型框架；而以重力流形式供水的 水六厂简化为三座控流站。最后确定模型框架包括直径大于或等于DN300的管段以及部分水 力条件重要的小管道3090条管段，2817个节点，25台水泵，6座水池，28台控制阀门◆。 3．2管网属性资料的收集 为保证资料的精度，要求模型模拟的2817个节点、3090条管段的基础属性资料，主要 包含有节点竣工高程◆、管径、管长◆、管材、管龄、内衬等6大要素所有数据均从1／500竣工 资料中查询获得。 3．3管道技术参数“K”值及漏损值的测试 3．3．1管道的粗糙系数 管道阻力计算公式采用的是科博布洛克公式。在粗糙系数的选用中考虑到成都市供水管 网敷设的年代不同，材质不同，而且以往没有相关数据资料及经验值的积累，因此为保证重 要计算参数的准确性，我们采用了现场测试的方式。 测试类型根据管龄、管材及内衬情况有关，利用正交分析确定为12类。经整理分析归纳 得粗糙系数一览表，见(表一)。 表一： 单位：1T1121 ；二≯芝管材及内衬 ＼ 10年以内 11—20年 21年以上 有内衬的钢管 1．95 3．64 4。0O 无内村的铸铁管 2．60 4．55 6．5O 混凝土管 2．86 3．90 5．20 有内衬的铸铁管 3．12 4．16 4．5O 3．3．2管道的漏损系数 管道平均漏损量仍采用现场测试的方法进行确定。根据成都市管网的管龄◆、管材及接口 形式确认测试类型为6类，测试结果见(表二)。 一97— 表二： 单位：L／S／km 管材及接口形式＼ 10年以内 11年以上 ≥：淤 混凝土管柔性接口 1．05 1．6 铸铁管刚性接口 1．75 2．25 铸铁管柔性接口 O．85 1．15 3．4用户资料分析 为保证节点流量分配的合理性以及模型进行24小时动态模拟计算的可行性，用户资料分 析包括两方面的内容：大用户的定位与追溯、用户用水性质分析及用水规律调查。 根据营业所资料科提供的2000年底的统计资料，成都市供水面积为120Kmz，现有用户水 表47556只。我们根据成都市营业发展状况，将月用水量大于3000吨的用户共1430户定为 大用户(占总用水量的50．22％)，依据竣工资料将大用户水表接入模型模拟管道的碰管点， 作为直接的计算节点。同时将用户用水类型划分为8类：生活用水，机关用水，医院用水， 学校用水，服务业用水，工业用水…一按工作时间分为三类：8小时，12小时，24小时，从 每一类中选取有代表性的用户采用一定的比例进行抽样调查现场实测，分析归纳出24小时用 水曲线。 小用户(Q3000m3／月)，占总用水量的49．78％。该类用户分为了3种类型：生活用水， 商业用水。工业用水。 3．5泵站及控流阀特性曲线测试 为了在模型中准确模拟泵及控流阀的实际运行状态，我们对供水系统中25台水泵的Q／H 曲线台VAG控流阀的KY曲线进行了现场实测。见(图二) 图二：水五厂1#泵Q／H曲线 水血J‘l#泵Q／H抽线管网节点流量分配 管网节点流量分配的合理性是影响模型质量的关键因素之一，因此我们对节点流量的分 配采用了不同的技术处理措施：(1)用水量≥50000m3／月共44户特大用户，将用户水表接入 管网模型点作为计算节点，节点流量为用户水量，并现场收集24小时用水量；(2)用水量≥ 3000m。／月共1387户为大用户，同样将用户水表接入管网模型点作为计算节点，节点流量为 总量的49．78％，为合理分配我们根据我司营业收费系统的特点，采用了水费收费区段划分法◆。 即根据营业所抄表人员抄录的每一管段的水量，合理地将流量分配至相邻的模型节点上(4) 我们将模拟时段的产销差定为漏失水量，根据现场测试数据，对不同类别的管段采用不同的 比例，将漏失量分摊到相应的节点上。 3．7输配水管网技术参数的现场测试 准确而有效的现场测试数据将作为校验整个模型系统准确程度的唯一标准，因此提供全 面且准确无误的测试数据对整个模型的建立和校准起着非常重要的作用◆。本次管网建模测试 范围为模型覆盖区域的全部管网，内容包括：所有泵站及控流站工作记录、出水管流量及压 力、控流阀前后压力及流量值、管网关键监测点的压力约137个(包括SCADA点31处)以及 管网重要管段的流量记录6条◆。管网模型校验点的数目约占模型主要节点数的15％左右◆◆。 测试时间为2001年9月13日零点至9月15日零点，共历时四天◆。网上所有测试点均采 用自动测试仪器，保证数据的准确性。现场测试点见(表三)。 表三 测试区域 测试项目 压力值 水位值 流量值 控流站 12 } 3 水厂泵站 8 10 8 管网监测点 120 { 6 大用户监测点 { 44 合计 137个压力数据 71个流量数据 3．’8模型的计算与校核 模型计算采用的是输入泵曲线及清水池动水位的计算方式。因为采用该方式不仅可以提 高模型计算的准确性，。而且在将来模型的运用中达到优化调节水泵，实现“减耗增效”的功 效。将选定时间2001年9月14日24小时各水厂实际的出厂绝对压力输入时间文件，选择科 博布洛克一怀特公式进行24小时的管网计算。我们发现了管网中存在的问题，诸如：金牛大道 DN400管线由于三环路施工被断开；二环路西二段、二环路东一段、二环路东五段等DNl600 管道上有主阀未全部开启；二仙桥八里庄DNl000管道上主阀未开启等等问题，最后通过现场 一99— 测流测压加以确定，并对模型进行合理调整。经过细致校核，所获得的校验结果达到预期指标， 不仅完全满足应用的需要，而且高出国际标准。模型校验结果见(表四) 压力监测点24小时统计结果： 序号 参数 国际标准误差范围 模型结果 1 100％校验节点 测定压力的+／-4米 100％ 2 80％校验节点 测定压力的+／-2米 95．2％ 3 50％校验节点 测定压力的+／-1米 78．6％ 流量监测点24小时统计结果： 序号 参数 模型结果 l 5％管段流量 83．3％ 2 10％管段流量 100％ 艚_藏点c丸囊与一坪晕空u)蠢I 喜 蚕 L………^■■ …“成都市供水管网动态模型的建立及应用研究pdf南宫28。，■……■● ◆◆“。 ～ ”～ #◆“～ sclt曩堪)压力 ·妒t矿 ，40声一 √一k、j打：_一徽 、， 。 ⅥI钛f ＼J_、i、 、{1 、、f ’W覃’ q∥3{。 ot彩 。j∥ ＼烨 ’乳? i i‘7 够 ≮ ——100—— S 羹 ‘一‘～”罱◆◆。l：；嚣。0i“””…◆””一一“一 ■o●’……，4……‘ Ⅷ一一一～一一～一一一一一一…’ Ⅷ·L—。—J————L———l———J————L———J————L———』———J．———L———J——J BJ 2J_4JM$240II．UO■m2加 ’●舶 154016．81柚m22．9624．W 11ME …：“““ql¨ ●02t毒■罐^*．岱。力 ．^ ^ _ ‘帕 ≮、少 嗽 恕搬◆◆、 ‘。N t j! t锻0橛7 ； ， ～、 ^ 辩 ￥’V I{ fj j一．， 。气0 k矛t Ⅳ yF ◆。 Y Ⅷ 影?，i ‘：◆◆!一竺L：=!◆!o-_一一一 4．模型运用及维护完善 4．1模型运用 Ps●●■．压，‘t．饭力 ^代 mA 入j “ 入。 ／Iy —uf 飞／◆、 弋 。 ，＼分 ‘．矗^^n9 Il 爪p V 、t,／j 、∥Ⅳ Ⅲ Il ^÷’◆。， 一一弋!j’{I．F＼fV V＼， 7lj lj朋◆◆?‘／ ＼Ⅻ +、7 l’ 一 够1 ◆。■：：’：：!：’=：：?二_一……一 成都市供水管网动态模型系统经2001年一年艰苦繁重的努力现已建成运行，修整后的模 型准确地反映了管网的实际运行状态，对管网技术分析中如供水规划、老城区管路系统改造、 调度及管网日常管理方面提供了最为有效的技术手段，使我们的管网技术管理更加科学◆、合 理◆◆。目前我司已成功地将模型模拟运用于三环路输水管投产运行模拟◆、六厂输水管线与三环 路碰管实施方案模拟供水管网信息系统、BOT调度方案模拟成都市供水管网动态模型的建立及应用研究pdf南宫28，、大型管网维修方案模拟以及重要输水管管径优 化模拟等◆。 4．2模型维护完善 一101一 要应用好模型，必须作好模型的维护、更新和扩展工作。成都市近年来基础建设速度极 管线的通水，大量新建区、老城区的道路改扩建工程的上马以及新型用水大户的产生等，所 有这些都会给模型模拟实际管网运行的准确性带来至关重要的影响。因此模型维护小组必须 对模型的数据库进行适时更新，对管网运行关键性技术参数进行及时监控，实施动态管理维 护南宫28，确保管网动态模型的生命力。 我司将管网建模项目组全班人马转型为管网模型维护小组，制定了详尽的维护管理办法， 其中不仅包括管道属性及节点资料的维护、大用户资料的更新维护、用户用水特性及用水规 律曲线的核实测试◆、c值及漏损测试的继续开展◆、水厂泵站及控流站特性曲线的日常收集， 同时加强管网的测流测压工作，保证每年高峰季的模型校核◆◆。 一102—

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