华东某城市供水管网模型的建立_吴晨光

净水技术Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．４２００７华东某市位于长江下游南岸，其供水系统始建于１９５８年，由３个水厂、８个中途加压站和４２０ｋｍ供水管线组成。

近年来，随着该地区经济的发展，城市规模不断扩大，为了满足市政道路建设和用户用水需求，城市供水管网处于不断地改扩建过程中，其运行工况也随之不断变化。

单依靠传统的经验型管理模式不利于供水管网运行、维护和更新，也不利于实现供水系统的经济调度。

建立该地区的供水管网模型，实现供水系统数字化管理能够为管网系统的日常运营管理、管网系统改扩建和管网系统总体规划等提供科学的依据。

１管网拓扑结构生成供水系统的拓扑结构是管网建模过程中进行水力计算的基础，一般有两种方法来生成供水系统的拓扑结构。

一种是通过数字化仪将供水设施和管网附件数字化输入到管网建模软件中，形成管网拓扑结构；另一种是将地理信息系统（ＧＩＳ）中的管网信息通过程序接口导入管网建模软件中生成管网拓扑结构。

该市目前还没有建成供水管网的地理信息系统，但是在２００１年形成了完整的１：１０００供水管网ＣＡＤ图，包括标高、阀门和消火栓等信息，并不断地根据实际情况进行图形的修改和更新。

因此，在建模过程中，利用现有的ＣＡＤ图，将图形信息导入到哈尔滨工业大学给水排水系统研究所开发的管网图形编辑软件（ＰＤＧ）中。

在ＰＤＧ中对管网图形进行简化处理［１，５］，并输入管网系统的属性信息，最终形成了该市供水管网的拓扑结构，见图１。

２现场实测２．１大用户用水规律实测（１）大用户的确定根据该市所有用户２００５年４月至２００６年４月一年的用水量记录，选定其中用水量出现４个月大于１０００ｍ３／月的用户为大用户。

这样的大用户总共５０６户，其每月用水量总量占全市总用水量的６０％左右。

（２）大用户用水规律曲线的拟合在城市供水管网中，不同类型的用户有其各自的用水规律，为了能够得到各类用户的用水规律以华东某城市供水管网模型的建立吴晨光１，张骏１，王光辉１，石振峰２，向高１（１．哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨１５００９０；２．哈尔滨工业大学理学院，黑龙江哈尔滨１５００９０）摘要以华东某城市供水管网系统为基础，建立了该市的供水管网模型。

通过对供水系统的水力模拟，为供水公司的日常运营管理、优化改扩建和供水规划提供了科学依据。

关键词供水系统水力模型节点流量校核ＭｏｄｅｌＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆＷａｔｅｒＳｕｐｐｌｙＮｅｔｗｏｒｋｉｎａＣｉｔｙｉｎＥａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａＷｕＣｈｅｎｇｕａｎｇ１，ＺｈａｎｇＪｕｎ１，ＷａｎｇＧｕａｎｇｈｕｉ，ＳｈｉＺｈｅｎｆｅｎｇ２，ＸｉａｎｇＧａｏ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｕｎｉｃｉｐａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００９０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００９０，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｏｎｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｎｅｔｗｏｒｋｉｎａｃｉｔｙｉｎｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｄｖｉｃｅｆｏｒｄａｉｌｙｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｏｆｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｌａｙｏｕｔｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｎｌｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｎｅｔｗｏｒｋｈｙｄｒａｕｌｉｃｍｏｄｅｌｎｏｄａｌｆｌｏｗｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ净水技术ＷＡＴＥＲＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２９－－Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．４２００７便准确模拟管网实际运行情况，需对各种用户进行实测。

先调查该市实际用水情况，将用水性质分为８类：居民、工业、机关、医院、学校、商业、服务业和洗浴业。

从各类型中选择典型用户共４５户，分别在各用户进水总表上安装智能流量采集仪进行连续４８０ｈ数据采集。

将得到的实测数据剔除可疑点并用聚类分析方法进行处理后，最终把每类用户的用水变化规律分别拟合成一条曲线，以代表该类用户的用水规律。

图２为居民用户用水规律曲线。

２．２管道阻力系数实测管道阻力系数是管网水力模拟的重要参数之一，管网系统经过长期使用后其管道阻力系数会发生较大的变化，使系统的实际运行工况与设计工况产生偏差。

因此在对管网进行水力模拟时，需要管道的实际阻力系数。

在该市管网中选取不同管径、不同敷设年代的典型管段共９条，应用“两点法”进行现场测试，得到各种管道的阻力系数，结果见表１。

图１华东某市供水管网拓扑结构Ｆｉｇ．１ＴｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｇｒａｐｈｉｃｓｏｆｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｎｅｔｗｏｒｋｉｎａｃｉｔｙｉｎｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａ图２居民用水规律曲线Ｆｉｇ．２Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｗａｔｅｒｃｏｎｓｕｍｅｒ根据实测数据，建立了该市管道阻力系数的组合灰色推定模型［３］：Ｃ（Ｙ，ｄ）＝５８．４３８２ｅ０．０１６９４（Ｙ－１９５８）＋０．００４７３８ｄ＋５．６３式中：Ｙ为管道敷设年份（年）；ｄ为管径（ｍｍ）。

模型精度校核，最大相对误差为２．１％，平均相对误差为０．９１％，满足工程要求。

３阀门开关状态调查供水管道上阀门的开关和开启度状况，直接影响到管道中的水流方向、局部水头损失等情况，对供水系统的实际工况有很大影响。

在建立该市水力模敷设管径／ｍｍ年代２００３００４００５００６００１９５８５９１９６４６５１９７２７４１９８０８６１９８６９３１９８７９４１９９０９８１９９６１１０１９９８１１６表１管道阻力系数实测数据Ｔａｂ．１Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｉｐｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ华东某城市供水管网模型的建立３０－－净水技术Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．４２００７型时，通过查阅自来水公司的阀门运行记录和现场调查，掌握了管径≥３００ｍｍ的所有管道和管径≥２００ｍｍ的重要管道上阀门的开关状态。

４水泵特性曲线确定通过对该市３个水厂的调查，收集到水厂二泵站、吸水井和水泵的各种标高信息，还有水泵出厂的特性曲线和二泵站的日常生产报表。

经过对以上资料整理和分析，拟合得到了二泵站水泵并联运行的特性曲线。

５节点流量计算节点流量是供水系统模拟中重要的参数，其合理程度直接影响到管网系统模型的精确性。

该市供水系统的节点流量是在大量实测数据和用水户每月读表所得数据库的基础上计算得到的，节点流量计算方法［１，２］见图３。

６模型的校核和应用６．１模型的校核按照以上过程初步建立了供水系统模型，但该模型模拟结果往往不能与管网实际工况相吻合。

需要经过校核使模型能够较好地模拟管网实际运行状态。

将经过ＰＤＧ处理后的管网拓扑结构导入到ＷＮＷ管网建模软件中，参考袁一星等人［４］的方法，对该市管网模型进行预校核和精确校核，使模型模拟结果和实际管网运行工况达到了较好的一致性，结果见表２和图４。

６．２模型的应用通过建立该市供水系统的模型和应用该模型进行水力模拟，为该市自来水公司将来的工作提供了科学可靠的依据。

（１）应用模型计算发现供水管网中存在着一些不合理的管段。

如：解放路ＤＮ４００的管道，压力明显偏高，说明该供水管道负担过大；花园路ＤＮ４００的管道压力较小，说明该供水管道未能充分发挥其供水能力。

（２）近年来，该市城市建设很快，管网的改扩建非常频繁。

通过模型模拟，可以为今后的管网改扩建提供科学合理的依据。

（３）该市在未来城市发展中，实行“东进南扩”的策略，这就带来了整个城市供水系统未来规划的问题。

根据模型的模拟计算结果，可以给城市供水规划提出建设性的意见。

参考文献１赵洪宾，严煦世．给水管网系统理论与分析［Ｍ］．北京：中国建筑出工业版社，２００３２袁一星，高金良，苑茂荣．给水管网节点流量计算方法的研究［Ｊ］．哈尔滨建筑大学学报，１９９９，３２（１）：６７～７１３张洪国，袁一星，赵洪宾．给水管网动态模型中管道阻力系数的组合灰色推定方法［Ｊ］．哈尔滨建筑大学学报，１９９８，３１（５）：４５～５０４袁一星，张杰，赵洪宾等．城市给水管网系统模型的校核［Ｊ］．中国给水排水，２００５，２１（１２）：４４～４６５施卫红，陶建科．华东某地区给水管网微观动态水力模型的建立［Ｊ］．城市给排水，２００３，１７（５）：１７～１９收稿日期：２００６－０９－２１图３节点流量计算流程Ｆｉｇ．３Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｎｏｄａｌｆｌｏｗｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ误差／ｍ＜１＜４＜６＜１０＜１２误差／％８．５４５．４８９．６９９．５１００．０表２该市供水系统模型校核统计结果Ｔａｂ．２Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌ图４某点压力计算值与实测值的比较Ｆｉｇ．４Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｎｄｏｂｓｅｒｖｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｏｎｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｔｅ第一作者简介：吴晨光（１９６０－），男，副教授，研究方向为城市给排水系统信息化与自动化。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｃｇ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ３１－－。