天津市供水管网信息管理及分析系统
摘要：介绍了已建立的天津市供水管网信息管理及 分析 系统，实践证明该系统是成功的，具有很强的实用性，能为供水管网的现状分析、事故分析、优化改扩建工程和 科学 管理提供可靠的信息来源。
关键词：供水管网 动态分析 信息管理
天津市自来水集团有限公司是集自来水生产、销售、服务和多元化经营为一体的国有大型 企业 ，至今已有上百年的 历史 。 目前 ，设计供水能力为203×104m3/d，DN300以上的供水管网总长为3 439km，担负着市区419万人口、323×104km2面积的供水工作。长期以来，天津市供水管网的日常操作(主要指水源调度、管网维护和更新)主要凭经验，而不是建立在科学的管理体系之上。建立天津市供水管网信息管理及分析系统是解决这个 问题 的最有效手段，主要用于天津市供水系统的日常操作、维护和更新的活动分析，包括为水源调度、管网的运行维护提供科学的操作管理 方法 ，为区域性的供水管网规划、优化改扩建工程提供科学的依据。
1 实施方法
1.1建立 计算 机供水管网图文数据库
计算机供水管网图文数据库包括供水系统中的所有供水设施及其图形数据和属性数据。天津市供水管网图形采用数字化仪录入，以600多张1∶2 000的管线竣工图为基础，选择DN300以上(包括DN300)的管线和部分DN300以下对管网水力条件 影响 较大的管线，经过系统拼接而成。它包括3615个节点(水流状态发生较大变化的点)、4731条管段(两节点间的管线)，还包括地理信息、大用户信息和管网附件等。
1.2现场测试
现场测试的目的是为建立供水管网模型、计算供水系统的用水量、节点流量及校验管网动态水力模型提供数据。现场测试由四部分组成：大用户用水量调查及用水量变化曲线的测试;管道阻力系统的测试;水泵特性曲线的测试;供水系统的压力和流量值的测试。
按照用水 规律 ，将用水量为500m3/d以上的大用户分为10种用水类型，从每一种类型中选择有代表性的用户进行连续48h的读表实测，实测结果经过整理分析得到每一种类型大用户的用水量变化曲线。
管道阻力计算公式采用海曾——威廉(Hazen-Williams)公式[1]，用“四点法”或“五点法”对不同年代、不同管径的典型管段进行了现场实测，取得了满意效果。由k=[(Δh1/l1)0.5-(Δh2/l2)/q]2和k=10.667/C1.852D4.87求C值。
为了提高模型计算的准确性，优化调节水泵，实现“减耗增效”的需要，对三个水厂的水泵特性曲线进行实测。在保证不影响生产和安全供水的前提下，读取水泵在不同工况下的流量、出口压力、吸入真空度以及高程差，以水泵的流量为横坐标，扬程为纵坐标绘制曲线而成。
管网测压对209处集中测压点、21处自计量测压点、34处遥测测压点，100处LOGGER临时测压点进行连续监测。管网测流对60处测流井、8处大用户、13处水厂出水干管进行连续监测。压力监测点均布整个管网，数目占管网主要节点数目的10%以上，流量监测点位于主要干管。
1.3供水管网模型的建立[2]
天津市管网模型为简化模型，主要 应用 于信息管理、现状分析(供水路径、管道负荷、供水区域)、事故处理分析(最优关闸方案)、优化改扩建工程。模型准确模拟供水管网系统的静态、动态信息，包括图形、属性、参数以及状态信息，建立供水管网模型的技术流程如图1。
1.4节点流量计算方法和水力模拟计算[3]
天津市供水管网动态水力模型是在大量现场实测数据、大用户读表现场实测数据和大用户每月读表抄见数据库的基础上完成。节点流量由大用户、小用户以及漏失量三部分组成。大用户是整个管网中比较确定的量，根据其位置以及实测得到的变化曲线计算而成;小用户按权值分配到整个管网;漏失部分考虑管径、铺设年代、压力等因素按不同权值计算。
通过对静态、动态信息的模拟，就可以进行水力模拟计算，即平差。
联立(1)连续性方程Qi+∑qij=0、(2)压降方程qij=(hij/sij)1/n=(Hi-Hj/Sij)1/n、(3)水泵特性曲线方程H=A+BQ+CQ2求解。
水力模拟计算是整个管网建模的核心，各个分析模块都以平差计算为基础。为提高计算速度，采用了节点编号优化、枝状管简化、步长因子的动态调整等优化方法。
1.5模型校核结果
天津市供水管网动态模型的计算值和现场测试值吻合很好，表明该模型模拟了管网中水流的真实流动(见表1、2、3)。
| 误差 | ＜1 m | ＜2 m | ＜4 m |
| 百分比(%) | 64.0 | 88.0 | 100 |
| 误差 | ＜5%管段流量 | ＜10%管段流量 | ＜12%管段流量 |
| 百分比(%) | 60.0 | 99.0 | 100 |
| 计算值与测量值的差值 | ＜1%水厂出水量 | ＜2%水厂出水量 | ＜6%水厂出水量 |
| 一水厂 | 41.7% | 79.2% | 100% |
| 二水厂 | 37.5% | 75.0% | 100% |
| 三水厂 | 45.8% | 83.3% | 100% |
1.6模型的维护和更新
天津市供水管网系统每年都新增大量的管线，更新一些旧管线，管网拓扑结构的变化必须及时地反应到模型中。另外，水源的变化、大用户位置的变化、用户用水模式的变化、管网操作条件的变化等都应在模型中做相应的修改。当模型运行一段时间后，如果现场监测量与模拟量之间的差值超出允许精度范围时，应重新校核模型。
1.7供水管网信息管理及分析系统的功能
包括管网图形数据和属性数据的录入、编辑、修改及查询等功能。另外，在图形和文字信息数据库的基础上，系统加入了一系列给水管网水力计算方法，实现了对整个给水管网系统的模拟，并进一步集成了现状分析系统、事故分析、优化改扩建工程等功能模块，使整个系统成为进行供水系统管理和分析的功能齐全的软件包。
2 实践意义
天津市供水管网信息管理及 分析 系统已投入 应用 ，效果良好，具有重大的实践意义：
①将天津市供水管网系统输入 计算 机，建立起管网系统动态水力模型，可以进行给水管网系统的动态工况分析;
②给水管网图文数据库的建立，方便了资料的日常管理工作以及管网的维护工作等;
③给水管网现状分析系统的建立，使得调度人员、管理人员可以定性、定量地了解管网在不同工况下的运行情况;
④给水管网事故处理分析系统可以迅速地给出最优关阀方案，准确地指出管网应该关闭的阀门，用以指导抢修、维护;
⑤实用优化改扩建工程系统能够有效地帮助和指导管网改扩建工作。
参考 文献 ：
[1]Lamont P A.Commom pipe flow formulas compared with the theory of roughness[J].AWWA,1989.
[2]赵洪宾.城市给水管网建模现状及 发展 [J].吉林建工学院学报，2000.
[3]Bragiela.Pressure and Flow Uncertainty in Water System[J].J Water Res Plan Man,1989，115(2).
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