何文杰1；趙洪賓2；鄭毅3；韓宏大3
(1.天津市公用事業(yè)設(shè)計研究所，天津300100；2.哈爾濱工業(yè)大學，黑龍江哈爾濱150090；
3.天津市自來水集團有限公司，天津300040)

　　摘　要：介紹了已建立的天津市供水管網(wǎng)信息管理及分析系統(tǒng)，實踐證明該系統(tǒng)是成功的，具有很強的實用性，能為供水管網(wǎng)的現(xiàn)狀分析、事故分析、優(yōu)化改擴建工程和科學管理提供可靠的信息來源。
　　關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)；動態(tài)分析；信息管理
　　中圖分類號：TU991.33
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)04-0050-03

　　天津市自來水集團有限公司是集自來水生產(chǎn)、銷售、服務(wù)和多元化經(jīng)營為一體的國有大型企業(yè)，至今已有上百年的歷史。目前，設(shè)計供水能力為203×10⁴m³/d，DN300以上的供水管網(wǎng)總長為3 439km，擔負著市區(qū)419萬人口、323×10⁴km²面積的供水工作。長期以來，天津市供水管網(wǎng)的日常操作(主要指水源調(diào)度、管網(wǎng)維護和更新)主要憑經(jīng)驗，而不是建立在科學的管理體系之上。建立天津市供水管網(wǎng)信息管理及分析系統(tǒng)是解決這個問題的最有效手段，主要用于天津市供水系統(tǒng)的日常操作、維護和更新的活動分析，包括為水源調(diào)度、管網(wǎng)的運行維護提供科學的操作管理方法，為區(qū)域性的供水管網(wǎng)規(guī)劃、優(yōu)化改擴建工程提供科學的依據(jù)。

　　1　實施方法

　　1.1建立計算機供水管網(wǎng)圖文數(shù)據(jù)庫
　　計算機供水管網(wǎng)圖文數(shù)據(jù)庫包括供水系統(tǒng)中的所有供水設(shè)施及其圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。天津市供水管網(wǎng)圖形采用數(shù)字化儀錄入，以600多張1∶2 000的管線竣工圖為基礎(chǔ)，選擇DN300以上(包括DN300)的管線和部分DN300以下對管網(wǎng)水力條件影響較大的管線，經(jīng)過系統(tǒng)拼接而成。它包括3615個節(jié)點(水流狀態(tài)發(fā)生較大變化的點)、4731條管段(兩節(jié)點間的管線)，還包括地理信息、大用戶信息和管網(wǎng)附件等。
　　1.2現(xiàn)場測試
　　現(xiàn)場測試的目的是為建立供水管網(wǎng)模型、計算供水系統(tǒng)的用水量、節(jié)點流量及校驗管網(wǎng)動態(tài)水力模型提供數(shù)據(jù)。現(xiàn)場測試由四部分組成：大用戶用水量調(diào)查及用水量變化曲線的測試；管道阻力系統(tǒng)的測試；水泵特性曲線的測試；供水系統(tǒng)的壓力和流量值的測試。
　　按照用水規(guī)律，將用水量為500m³/d以上的大用戶分為10種用水類型，從每一種類型中選擇有代表性的用戶進行連續(xù)48h的讀表實測，實測結(jié)果經(jīng)過整理分析得到每一種類型大用戶的用水量變化曲線。
　　管道阻力計算公式采用海曾——威廉(Hazen-Williams)公式［1］，用“四點法”或“五點法”對不同年代、不同管徑的典型管段進行了現(xiàn)場實測，取得了滿意效果。由k=［(Δh₁/l₁）^0.5-（Δh₂/l₂）／q］²和k=10.667／C^1.852D^4.87求C值。
　　為了提高模型計算的準確性，優(yōu)化調(diào)節(jié)水泵，實現(xiàn)“減耗增效”的需要，對三個水廠的水泵特性曲線進行實測。在保證不影響生產(chǎn)和安全供水的前提下，讀取水泵在不同工況下的流量、出口壓力、吸入真空度以及高程差，以水泵的流量為橫坐標，揚程為縱坐標繪制曲線而成。
　　管網(wǎng)測壓對209處集中測壓點、21處自計量測壓點、34處遙測測壓點，100處LOGGER臨時測壓點進行連續(xù)監(jiān)測。管網(wǎng)測流對60處測流井、8處大用戶、13處水廠出水干管進行連續(xù)監(jiān)測。壓力監(jiān)測點均布整個管網(wǎng)，數(shù)目占管網(wǎng)主要節(jié)點數(shù)目的10%以上，流量監(jiān)測點位于主要干管。
　　1.3供水管網(wǎng)模型的建立^［2］
　　天津市管網(wǎng)模型為簡化模型，主要應用于信息管理、現(xiàn)狀分析(供水路徑、管道負荷、供水區(qū)域)、事故處理分析(最優(yōu)關(guān)閘方案)、優(yōu)化改擴建工程。模型準確模擬供水管網(wǎng)系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)信息，包括圖形、屬性、參數(shù)以及狀態(tài)信息，建立供水管網(wǎng)模型的技術(shù)流程如圖1。

　　1.4節(jié)點流量計算方法和水力模擬計算^［3］
　　天津市供水管網(wǎng)動態(tài)水力模型是在大量現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)、大用戶讀表現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和大用戶每月讀表抄見數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上完成。節(jié)點流量由大用戶、小用戶以及漏失量三部分組成。大用戶是整個管網(wǎng)中比較確定的量，根據(jù)其位置以及實測得到的變化曲線計算而成；小用戶按權(quán)值分配到整個管網(wǎng)；漏失部分考慮管徑、鋪設(shè)年代、壓力等因素按不同權(quán)值計算。
　　通過對靜態(tài)、動態(tài)信息的模擬，就可以進行水力模擬計算，即平差。
　　聯(lián)立(1)連續(xù)性方程Q_i+∑q_ij=0、(2)壓降方程q_ij=(h_ij/s_ij)1/n=(H_i-H_j/S_ij)1/n、(3)水泵特性曲線方程H＝A+BQ+CQ²求解。
　　水力模擬計算是整個管網(wǎng)建模的核心，各個分析模塊都以平差計算為基礎(chǔ)。為提高計算速度，采用了節(jié)點編號優(yōu)化、枝狀管簡化、步長因子的動態(tài)調(diào)整等優(yōu)化方法。
　　1.5模型校核結(jié)果
　　天津市供水管網(wǎng)動態(tài)模型的計算值和現(xiàn)場測試值吻合很好，表明該模型模擬了管網(wǎng)中水流的真實流動(見表1、2、3)。

　　1.6模型的維護和更新
　　天津市供水管網(wǎng)系統(tǒng)每年都新增大量的管線，更新一些舊管線，管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的變化必須及時地反應到模型中。另外，水源的變化、大用戶位置的變化、用戶用水模式的變化、管網(wǎng)操作條件的變化等都應在模型中做相應的修改。當模型運行一段時間后，如果現(xiàn)場監(jiān)測量與模擬量之間的差值超出允許精度范圍時，應重新校核模型。
　　1.7供水管網(wǎng)信息管理及分析系統(tǒng)的功能
　　包括管網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的錄入、編輯、修改及查詢等功能。另外，在圖形和文字信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)加入了一系列給水管網(wǎng)水力計算方法，實現(xiàn)了對整個給水管網(wǎng)系統(tǒng)的模擬，并進一步集成了現(xiàn)狀分析系統(tǒng)、事故分析、優(yōu)化改擴建工程等功能模塊，使整個系統(tǒng)成為進行供水系統(tǒng)管理和分析的功能齊全的軟件包。

　　2　實踐意義

　　天津市供水管網(wǎng)信息管理及分析系統(tǒng)已投入應用，效果良好，具有重大的實踐意義：
　　①將天津市供水管網(wǎng)系統(tǒng)輸入計算機，建立起管網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)水力模型，可以進行給水管網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)工況分析；
　　②給水管網(wǎng)圖文數(shù)據(jù)庫的建立，方便了資料的日常管理工作以及管網(wǎng)的維護工作等；
　　③給水管網(wǎng)現(xiàn)狀分析系統(tǒng)的建立，使得調(diào)度人員、管理人員可以定性、定量地了解管網(wǎng)在不同工況下的運行情況；
　　④給水管網(wǎng)事故處理分析系統(tǒng)可以迅速地給出最優(yōu)關(guān)閥方案，準確地指出管網(wǎng)應該關(guān)閉的閥門，用以指導搶修、維護；
　　⑤實用優(yōu)化改擴建工程系統(tǒng)能夠有效地幫助和指導管網(wǎng)改擴建工作。

　　參考文獻：
　　［1］Lamont P A.Commom pipe flow formulas compared with the theory of roughness［J］.AWWA,1989.
　　［2］趙洪賓.城市給水管網(wǎng)建模現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.吉林建工學院學報，2000.
　　［3］Bragiela.Pressure and Flow Uncertainty in Water System［J］.J Water Res Plan Man,1989，115(2).

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收稿日期：2000-11-16