基于管网水力模型的独立计量分区优化
城镇供水管网漏损控制及分区计量管理分析
区域治理城市治理与规划城镇供水管网漏损控制及分区计量管理分析秦阳 焦忠伟哈尔滨市双城区供排水集团公司，黑龙江 双城 150100摘要：城镇供水管网漏损是指水在运输的过程中发生漏失的情况，并不能供给多少就接收多少。
为了解城镇供水管网的供水效率，需要对城镇供水管网漏损进行评定。
常见的评定指标有漏损率、产销差率、供水系统漏损指数和单位管长漏水量等。
城镇供水管网在不同区段的漏水情况各不相同，需要找出城镇供水管网漏损的原因，制定出相关措施，提升城市供水效率。
关键词：供水管网；漏损控制；分区计量管理一、城镇供水管网漏损评定及原因1城镇供水管网漏损评定城镇供水管网漏损评定的指标有漏损率、产销差率、单位管长漏水量和供水系统漏损指数。
漏损率是指漏失量和总供水量的比值，其中漏失量为总供水量减去实际使用水量。
漏损率高表明水在运输过程中损失多，供水效率低；反之漏水率低说明城镇供水效率高。
我国是一个水资源分布不均、人均水资源短缺的发展中国家，降低漏损率很有必要。
我国的城镇供水效率还有待提高，供水公司压力巨大。
产销差率是指销售水量和供给水量的比值。
单位管长漏水量指的是单位长度管道平均每小时的漏水量[1]。
因绿化、消防等用水量是依据估算而来，单位管长漏水量存在一定的偏差。
供水系统漏损指数是指实际漏失水量和不可避免漏失水量的比值。
不可避免漏失水量依据干管长度、压力、进户数等进行估算，也存在一定偏差。
2城镇供水管网漏损原因城镇供水管网漏损的原因主要有2个方面：一方面是与管材相关的影响；另一方面是外部因素的影响，如温度、压力等。
与管材相关的影响因素包括管材与接口的影响、管材腐蚀和老化等的影响。
管网漏水很多都发生在接口处，接口处往往是应力的集中点，因此容易发生接口松动、脱落甚至破裂等。
造成管材与接口影响的因素有很多，如接口材质老化、管道腐蚀、外部工程破坏和地面沉降等。
由于水管管道材质和接头材质不一样，当温度变化时，在水管接头部位产生的轴向应力极易造成水管漏水。
基于SWMM模型的雨水管网优化
1 2 DEM 图生成 将导入 到 A rcGIS 的 CAD 图转 换成矢 量式数
据, 添加相关属性后, 利用 3D 分析生成 T IN 表面,
然后转换成 DEM 数据。 1 3 汇水区的划分
Ab stract: The operation o f the rainw ater drainage system in a chosen area w as sim ulated using the sto rm w ater m anagem ent m ode l ( SWMM ). T he bo ttleneck o f the rainw ater dra inage system w as found ou.t T he reconstruction schem es o f the system by re locating the pipe node position and en larg ing the pipe diam eter w ere presented. In tw o-year rainfall recurrence period, the overflow rates o f the w ho le drainage system are reduced by 44. 78% and 81. 62% respectively by the tw o reconstruction schem es. M eanw hile, the node overflow and p ipe surcharge w ere d istinct ly eased. The sim ulation of pipe siltation show s that en larg ing the pipe d iam e ter is ideal for easing node overflow and pipe surcharge, w hich provides technical support for optim ized design, reconstruction, extension and m a intenance o f urban dra inage system.
给水管网分段线性优化模型
申请同济大学工学顾士论文摘要摘要本文综合叙述并比较了给水管网优化设计中常用的几种算法的优点及其不足之处，对标准优化法没有能在实际工程中广泛应用的原因进行了分析，在此基础上提出了以管段分档为基本思想的分段线性优化模型。
陔优化模型可以避免标准优化法结果为非标准规格管径的不足，而且可以与现有的设计方法相结合，将线性规划的理论应用于现有的设计过程，为优化技术在实际工程中的推广提供了一种新思路。
’在管段管径分档的基础上，将各个子管段的长度作为优化决策变量，通过对目标函数以及给水管网基本约束方程的分析，建立线性规划模型，并采用两阶段单纯形法进行求解。
本文分别从静态和动态两个角度来建立起管网的分段线性优化模型，通过对一个算例优化结果的分析，总结出静态和动态两种方法优化结果的差异之处，并对这种差异的产生原因从数学模型和经济理论两个角度给予解释。
尉于同一个管网，通过不同流量分配方案优化结果的比较，说明了流量分配对最优化结果以及费用函数值的影晌。
卜一ｃ’在本文中，用分段线性优化模型进行了一个工程实例的优化计算，通过对最优解特点的分析，以及与传统的设计方法的比较，说明了该优化方法在工程上的实用性。
、，、，，、，关键词：给水管网。
优化设斧费用函数ｖ管段分段。
线性规划。
单纯形法７静态动态申请同济大学工学硕士论文ＡＢＳＴＲＵＣＴＡＢＳＴＲＵＣＴＳｅｖｅｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｄｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｒｉｎｎｅｒｍｅｒｉｔｓａｎｄｄｅｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｔｈａｔｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｎｇｌｉｅｓｉｎｉｔｓｓｃａｒｃｅｌｙｕｓｅｄｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｐｌａｎｎｉｎｇｉｍｐｒａｃｔｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｅｓｕｌｔｓ．ＡｎｅｗｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｗｈｉｃｈｅａｃｈｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｐｉｐｅｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋＷａｓｓｕｂｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｆｉｖｅｓｕｂ－ｐｉｐｅｓＷａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋｆｏｒｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｎｅｗｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｃｏｕｌｄｍｅｎｄｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ·－·－－－·－ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｕｓｕａｌｌｙｎｏｔａｖａｉｌａｂｌｅｉｎｔｈｅｍａｒｋｅｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｃｏｕｌｄｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｓｉｇｎｓｔｅｐｓｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｏｆｆｅｒａｎｅｗｉｄｅａｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｐｉｐｅｔｈｅｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｕｓｅｄｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｕｂ－ｐｉｐｅａｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｖａｒｉａｂｌｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄａｌｉＩｌｅａｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｆｏｕｎｄｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇＴｗｏ·ＳｔｅｐｓＳｉｍｐｌｅｘＭｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌＷａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｗｏｗａｙｓ－··－－－ＳｔａｔｉｃａｎｄＤｙｎａｍｉｃ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｒｅａｓｏｎｗａｓｏｆｆｅｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒｕａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｓａｎｇｌｅｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐｌａｎｓｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｔｉｍａｌｅｆｆｅｃｔｓｎｅｔｗｏｒｋ．Ｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｉｌｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｌｌｅｅｖｅｎｔｏａｓａｍｅｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｅｓｕｌｔ．Ａｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｗａｓｐｕｔｉｎｔｏｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄａｇｏｏｄｏｐｔｉｍａｌｒｅｓｕｌｔｗ船ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｐｒａｃｔｉｃａｌｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｉｅｌｄｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＷａｔｅｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎＣｏｓｔＦｕｎｃｔｉｏｎＳｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎＬｉｎｅａｒＰｌａｎＳｉｍｐｌｅｘＭｅｔｈｏｄＳｔａｔｉｃＤｙｎａｍｉｃⅡ１．文献综述１．１课题研究背景分析长期以来，给水排水工程基本上是依靠已有装置所取得的经验进行设计、施工、运行和管理的。
城镇供水管网分区计量管理工作指南——供水管网漏损管控体系构建(试行)
______________________________________________________________________________________________________________城镇供水管网分区计量管理工作指南——供水管网漏损管控体系构建（试行）2017 年10 月目录第一章总则 (3)1.1编制目的 (3)1.2适用范围 (3)1.3工作目标 (3)1.4基本原则 (3)1.5工作流程 (4)第二章城镇供水管网分区计量管理内涵与实施路线 (6)2.1分区计量管理的定义及内涵 (6)2.2分区计量管理实施路线 (7)2.3分区计量管理与漏损管控 (8)第三章城镇供水管网分区计量管理实施方案编制 (9)3.1编制流程 (9)3.2供水管网现状调查与评估 (10)3.3实施路线选择 (10)3.4总体设计方案制定 (10)3.5工程量与投资预测 (11)3.6管理与运行维护方案 (12)3.7效果预测 (12)第四章城镇供水管网分区计量管理项目建设 (13)4.1项目设计 (13)4.2项目施工 (14)4.3项目验收 (14)第五章城镇供水管网分区计量运维管理 (16)5.1管理机制建立 (16)5.2运行维护管理 (16)5.3分区计量应用 (18)5.4应用成效评估 (18)5.5数据分析上报 (19)5.6长效机制 (20)第六章组织实施与政策保障 (21)6.1责任主体与职责分工 (21)6.2保障措施 (21)附录 (23)附录1 分区计量管理相关规范和标准 (23)附录2 分区计量管理效果评估所需提交资料清单.. 25 附录3 漏损率评价方法 (28)附录4 我国典型分区计量管理案例 (30)附录5 部分案例城市设备选型 (47)第一章总则1.1编制目的为贯彻落实“水十条”和《纲要》，推动各地采用系统思路推进城镇供水管网漏损管控，指导城镇供水主管部门和供水单位以管网分区计量管理为抓手，统筹水量计量与水压调控、水质安全与设施管理、管网运行与营业收费管理，逐步构建管网漏损管控体系，提高管网信息化、精细化管理水平，降低管网漏损，提升供水安全保障能力，特编制本指南。
水厂供水系统水力模型构建与优化研究
水厂供水系统水力模型构建与优化研究一、引言供水系统是城市运行的重要基础设施，保障居民的正常饮水需要。
而供水系统的水力模型构建和优化研究，对于提高供水系统的运行效率、优化水资源利用具有重要意义。
本文将讨论水厂供水系统水力模型的构建方法以及相应的优化策略。
二、供水系统水力模型构建1. 数据采集与处理为构建供水系统的水力模型，首先需要收集相关的供水系统数据，包括水厂的布局与设备参数、管网的结构和特性等。
然后对这些数据进行处理和整理，确保其准确性和一致性。
2. 水力元件建模根据供水系统的实际情况，对各个水力元件进行建模。
常见的水力元件包括水泵、水箱、管道等。
通过建立这些元件的数学描述和关联关系，可以形成供水系统的水力模型。
3. 模型参数校准建立水力模型后，需要对模型的参数进行校准。
采用实测数据和观测结果，通过与实际情况的对比来调整模型中的参数，使得模型能够准确地反映供水系统的行为。
三、供水系统水力模型优化1. 运行优化通过对供水系统水力模型的优化，可以提高供水系统的运行效率。
通过对水泵运行策略的优化、水箱容量的调整等措施，提高供水系统的水位控制精度，减少运行能耗。
2. 设备优化供水系统中的水泵、水箱等设备有着不同的工作状态和性能指标。
通过优化这些设备的选择和配置，可以进一步提高供水系统的运行效率和水质控制能力。
3. 管网优化供水系统中的管网结构和管道布局也对系统的运行效率产生重要影响。
通过对管网进行改造和优化，可以减少管网的压力损失、提高水质保障能力。
四、供水系统水力模型构建与优化案例研究以某市供水系统为例，对其进行水力模型的构建和优化研究。
根据实际数据和现状，建立供水系统的水力模型，并通过参数校准调整模型的准确性。
然后，在该模型基础上，运用运行优化、设备优化和管网优化策略，对供水系统的运行进行优化。
最终，通过仿真实验和实地观测，验证优化策略的有效性，并得出相应的结论。
五、结论供水系统的水力模型构建和优化是提高供水系统运行效率的关键措施。
供热管网水力计算的仿真与优化研究
供热管网水力计算的仿真与优化研究第一章引言供热系统是城市基础设施的重要组成部分，其中的供热管网承担着输送热能的主要任务。
供热管网的水力计算是保证供热系统正常运行的重要依据。
传统的水力计算方法存在精度低、计算量大等问题，而仿真与优化技术的应用则能够有效地解决这些问题。
本文将从仿真与优化两个方面，探讨供热管网水力计算的研究现状与未来发展趋势。
第二章供热管网水力计算方法2.1 传统的手算方法传统的手算方法采用经验公式或者理论公式，对供热管网进行水力计算。
这种方法计算精度低、计算量大、更新维护困难，很难适应现代供热系统的需求。
2.2 数值计算方法数值计算方法采用数学模型对供热管网进行建模，并利用计算机程序进行求解。
数值计算方法计算精度高，能够考虑供热管网的流体力学特性，但是需要较长的计算时间。
2.3 仿真与优化方法仿真与优化方法是采用计算机模拟与优化算法相结合，对供热管网进行优化设计的方法。
这种方法既能够考虑供热管网的水力特性，又能够实现优化设计，计算效率高、精度高、更新维护方便，是现代供热系统中，水力计算的主要方法。
第三章仿真技术在供热管网水力计算中的应用3.1 数值模拟方法供热管网中的流动问题是一个复杂的物理过程，需要采用数值模拟方法才能得到准确的结果。
数值模拟方法采用数学和计算机技术对供热管网进行建模，用流体力学模型来计算管路内的流场信息和流动受力，计算过程中要考虑到流体的运动和物质的热传递，这可以帮助人们确定供热系统的最优设计方案。
3.2 稳态仿真稳态仿真是指在供热管网的运行过程中，管网内流体、热量等物理量的变化达到稳定状态时的仿真。
这种仿真方法适用于长周期稳定运行的供热系统，用于确定管网内各个部位的压力、流量、温度等参数。
稳态仿真可以为供热系统的优化设计提供依据，需对管网中的各个参量进行比较、分析和优化设计，让供热系统运行更为稳定、节能效果更佳。
3.3 非稳态仿真非稳态仿真是指管网内的流体状态随时间变化的仿真。
老城区供水管网改造及分区设计
老城区供水管网改造及分区设计摘要：近年来，随着城市经济社会的发展，建设规模不断扩大，居民生活水平不断提高，对供水的需求日益增长。
许多老城区供水管网建设年代久远，经过几十年的运行，现状供水管网陆续暴露出各种问题，导致管网系统供水安全性不高。
峨眉山城区供水管网进行了改造及分区设计，在对损坏管道更换维修的同时，结合区域地形，自上而下分区分压供水，提高供水安全性，降低产销差。
关键词：供水管网改造、分区供水、产销差0引言峨眉城区现状管网已运行数十年，材质种类复杂，漏损严重，爆管率高，城区由第二水厂、第三水厂联合供水，原设计供水布局不合理，低区压力过高，高区压力不足，能耗浪费严重。
城区供水范围约326km2，某年总供水量4257万m3，而年总售水量2127万m3。
根据以上数据计算，峨眉山城区的产销差率为49.78%，产销差过大，对城区供水格局的改造势在必行。
峨眉山市城区缺乏智慧化供水管网分区计量管理平台，无法准确计量管网漏损，精准降低产销差，而供水管道网漏水量中有将近80%是因为复杂管道中的一些细节导致的，这些细节主要体现在“跑、冒、滴、漏” [1]。
因此，本次工程通过分区设计，对用水售水分区分类统计，在准确计量的同时，便于今后管网的运营维护。
本文以峨眉山城区管网改造项目为例，通过工程的管网改造、分区改造等方面进行阐述，为类似的管网分区设计提供借鉴。
1工程背景1.1总体概况峨眉山城区及周边乡镇，由第二水厂、第三水厂供水，城市给水管道中DN200以上管道约占30%，其余均为DN150及以下支管，供水管网管径整体偏小，管径分布如图1。
图1 供水管网管径分布饼图供水管网中采用球墨铸铁材质的管道约30%，采用PE管材质的管道约57%，采用PVC管材质的管道约12%。
管网整体生来看，塑料管材居多，塑料管材存在质量参差不齐的特点。
现有管道中，爆管多发生在塑料管材上，供水管道管材分布如图2。
图2 供水管网管径分布饼图1.2运行问题（1）现状供水管道材质种类烦杂，漏损严重，爆管率高，运维管养困难。
给水管网模型系统中供水流量的建模与优化
给水管网模型系统中供水流量的建模与优化在给水管网模型系统中，供水流量的建模与优化是一个关键的任务。
通过正确的建模和优化策略，可以有效提高供水系统的运行效率，提供可靠的供水服务。
首先，我们需要建立一个准确的供水流量模型。
供水流量是指供水管网中水流通过的速率，它取决于供水系统中的各个要素以及用户的需求。
为了建立可靠的模型，我们需要收集和分析系统的基本数据，包括供水管网的拓扑结构、管道的材质和尺寸、泵站的特性以及用户的用水情况等。
基于收集到的数据，我们可以使用数学模型来描述供水管网的行为。
常用的模型包括连续方程模型和离散方程模型。
连续方程模型利用流体力学原理，通过偏微分方程来描述供水管网中的水流变化。
离散方程模型则将管道网络离散化为节点和管段的网络结构，利用代数方程描述水流的传输过程。
在建立模型的基础上，我们可以进行供水流量的优化。
优化的目标是在满足用户需求的情况下，最大化供水系统的效率。
为了实现这一目标，我们可以采取以下几种策略。
首先，优化供水管网的拓扑结构。
通过改变管道的布局和连接方式，可以减少管道总长度，降低水流的阻力和泄漏，从而提高供水系统的效率。
拓扑优化可以使用图论和优化算法来实现。
其次，优化管道的尺寸和材质。
管道的尺寸和材质会直接影响水流的速度和阻力。
通过选择适当的管径和材质，可以降低水流的能耗和泄漏风险，提高供水系统的效率。
另外，优化泵站的运行策略也是提高供水系统效率的重要手段。
通过合理控制泵站的启停和流量调节，可以最大化泵站的效率，减少能耗和设备的磨损。
最后，通过智能化的监测和控制系统来实时优化供水流量也是一种有效的策略。
通过安装传感器和数据采集系统，可以实时监测供水系统的运行状态，并根据实际需求进行动态调整，提高供水系统的自适应性和响应能力。
综上所述，给水管网模型系统中供水流量的建模与优化是一个复杂而关键的任务。
通过正确建模和合理优化，可以提高供水系统的效率和可靠性，更好地满足用户的需求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
118
给水排水 Vol134 No13 2008
基于管网水力模型的独立计量分区优化徐 强1,2 陈求稳1 刘锐平1 顾军农3(1中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京 100085;
2中国科学院研究生院,北京 100049;3北京市自来水集团有限公司第九水厂,北京 100031)
摘要 管网漏失和水质稳定性是影响供水安全的重要问题,科学合理的独立计量分区(Discrete
MeteringArea,DMA)管理,可以辅助漏失点定位,控制二次污染。根据北京市某区实际监测数据,开发了供水管网水力水质模型,并应用建立的模型针对该区分析了不同DMA方案的可行性,确定了优化的DMA模式。关键词 给水管网 DMA管理 管网模型 方案优化
OptimizationofdiscretemeteringareaschemebypipelinenetworkmodelXuQiang1,2,ChenQiuwen1,LiuRuiping1,GuJunnong3(1.StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco2Environmental
Sciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China;2.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.No.9Waterworks,BeijingWaterSupplyGroupCo.,Ltd.,Beijing100031,China)
Abstract:Theleakageandwaterqualitystabilityinpipelineareimportantissuestowatersupply.Itisprovedthatdiscretemeteringarea(DMA)isapracticalandeffectivemethodtodetectleakage.Besides,DMAisalsousefultoreducerecontaminationofwaterinpipes.ThisstudyinvestigatedthewaterpressurechangesinapipenetworkofanareainBeijing.Basingontheanalysesoffieldmonitoringdata,anumericalnetworkhydraulicsmodelwasdeveloped.ThemodelwasthenappliedtostudythepossibilitiesofdifferentDMAscenarios.Accordingtothesimulationresults,implementabilityandcost,anoptimizedDMAschemewasfinallysuggested.Keywords:Waterdistributionsystem;DMAplanning;Networkmodel;Scenariooptimization
世界范围内管网平均漏失率约为17%,我国的管网漏失率则高达25%[1]。管网漏失不仅浪费了宝贵的水资源,也带来重大的经济损失[2]。及时发现管网漏失,并采取有效的运行管理措施,能够提高供水可靠性并减少漏失。但是漏失检测和漏点定位一直以来是一项非常困难而繁琐的工作[3,4]。实践证明通过科学合理的独立计量分区(DiscreteMeteringArea,DMA)管理,可以及时发现管网漏失和爆管等问题,辅助漏失点快速定位,还能有效控制二次污染,保障管网输配水水质。欧美国家已针对供水管网漏失控制出版了专业手册,其中就有很大的篇幅涉及分区管理的原理、规划思想及实例[5,6],近年来,国内也有一些研究[7,8]。但是DMA
模式意味着“环状管网—枝状管理”,实施后可能对用水区的供水稳定性和安全带来影响。1 管网水力模型本研究以EPANET模型为参考,开发了基于节点法的管网恒定流模型,其基本方程包括连续性方程和能量方程[9],其中连续性方程是指从任一节
点流出和流入的流量,其代数和等于零;能量方程指在管网的任一闭合环内,各管段的水头损失代数和等于零。此外,进入管网的总流量等于所有节点流给水排水 Vol134 No13 2008
119
量的总和。模型的连续性方程:
∑±qij=Q
i=0(1
)
式中i,j———起、止节点编号;
Qi———节点i的流量,m3/s;
qij———与节点i相连接的各管段流量,m3/s。压降方程:
hij=Hi-Hj=Sijqnij(2)
式中hij———管段水头损失,m;
Hi,Hj———管段两端节点i,j的水压高程,m;
Sij
———管段摩阻;
qij
———管段流量,m3/s;
n———取1.852～2,根据所采用的水头公式不同而定。能量方程:
∑L
1hij-ΔHk=0(3
)
式中hij———属于基环k的管段的水头损失,m;
ΔHk———基环k的闭合差或增压或减压装置产
生的水压差,m。2 某区DMA分区可行性分析2.1 研究区概况为了进行漏失高效管理、提高供水水质和优化供水调度方案,拟对北京市某区供水管网实施DMA管理。该区的管网现状如图1所示,设计的DMA管理方案是只留两个阀门(V4和V13),其他阀门关闭,整个区域的供水由原来的十几个水口变为两个水口。采用管网水力模型,针对设计中的DMA方案,预测了关闭阀门后用水区的水压情况,包括评价水压和最小水压的变化,从而分析了方案的可行性。
图1 DMA管理区域
2.2 模型数据该实例中的模型末端边界条件用水量数据从实际统计中获得。由自来水营销公司提供每个区域的月均用水量,由此计算出用户的平均需水量(单位为L/s)。不同类型的用户用水特征一般不同,其用水特征曲线的测量方法是通过间隔2h连续读水表的方法,这是一项非常重要又极其复杂的工作,需要投入大量人力。在模型中,并未现场实测这些数据,而是统一采用了一种用水模式,特征曲线见图2。该实例中的前端边界条件水压数据为采用智能水压计实际监测获得的时间序列(见图3)。
管网基础数据来源于管网GIS数据库,其中管材皆为铸铁管,管龄大多在10～30a,部分超过30a。管径及其对应的糙率系数如表1所示。计算的时间跨度为1d,时间步长为15min。表1 不同管径糙率系数管径/mm75100150200400600
糙率系数909595100105110
2.3 模拟结果阀门关闭前后用水点平均水压变化如图4所示(原方案)。由图4可以看出,所有用水节点的平均水
压和最小水压均有不同程度的减小,尤其是在用水高120
给水排水 Vol134 No13 2008
峰时,局部地区会出现严重失压现象,使得居民的用水得不到保障。因此,有必要采用建立的模型对该DMA方案进行调整和优化,也即调整阀门关闭的数目和位置,甚至更换局部管道。图4 阀门关闭前后水压变化3 DMA分区优化初步选择了3种调整方案(见表2)。运用已建立的管网模型对每种方案进行了模拟。根据模拟结果(见图4)可以看出调整后的3种方案均优于原定方案,且方案2为最优方案。在方案2下,平均水压约为30m,最小水压也能保持在25m左右,而北京市要求节点最小供水水压为18m。至于方案1和3,从供水能力上比较,方案1略优于方案3,且方案3需要进行施工改造,因此方案3很不可取。由此建议采用方案2对该区实施DMA管理。表2 不同的DMA方案方案说明 原方案 只开启V4和V13 调整方案1 只开启V4和V6 调整方案2 只开启V4,V5和V6 调整方案3 将管段P1直径从75mm更换为200mm4 结论本研究参考EPANET模型的算法,开发了管网水力水质模型,并应用于北京某区DMA可行性分析和方案模拟优化。模拟结果表明设计中的DMA原方案在用水高峰可能造成局部水压偏低,居民用水得不到保障。根据研究区的管网现状,
提出了3种调整方案。通过对三种方案的模拟和对比,选择了一种操作简便、供水稳定的优化方案。本研究受到数据的限制,模型中一些参数来自经验值,模拟结果不一定与实际完全吻合。在下一步研究中,将更多地收集真实的用水量数据,分析建立北京市用水特征曲线;通过比较模型的模拟结果与实际监测值,进一步率定模型中管段的糙率系数,
提高水力学模型的模拟精度,为更大范围实施DMA管理提供具体可行的支持。感谢科技部支撑项目(NO.O7C1212203)和北京市自来水集团有限公司对本研究的大力支持。
参考文献1 ChenB,ZhaoH,YuanY,etal.Studyonleakageinwaterdistributionsystem.JournalofHarbinUniversityofCivilEngineering&Architecture,2000,33(6):74～782 BabovicV,DrecourtJP,KeijzerM,etal.Adataminingapproachtomodelingofwatersupplyassets.UrbanWater,2002,(4):401～4143 DandyGC,EngelhardtMO.Multi2objectivetrade2offsbetweencostandreliabilityinthereplacementofwatermains.JournalofWaterResourcesPlanningandManagement,2006,(132):79～884 LeePJ,VitkovskyJP,LambertMF,etal.Leaklocationusingthepatternofthefrequencyresponsediagraminpipelines:anumericalstudy.JournalofSoundandVibration,2005,(284):1051～10735 LeakageManagementandControl2ABestPracticeTrainingManual.WHO,20016 FarleyM,TrowS.LossesinWaterDistributionNetworks.IWAPublishing,2001.83～997 张志明.供水管网漏损控制分区装表计量技术和应用.城镇供水,2006,(4):21～23
8 赵洪宾,何文杰,韩宏大,等.我国供水管网实现区域管理的思路.中国给水排水,2001,17(9):59～61
9 赵洪宾.给水管网系统理论与分析.北京:中国建筑工业出版社,2003