摘要：闡述了水司建立給水管網(wǎng)微觀動態(tài)水力模型的建立必要性，提出了一套適合我國國情的水管網(wǎng)給水管網(wǎng)建模標準方法。這一方法將有助于我國給水管網(wǎng)建模工作走上正規(guī)化和科學化的微觀道路。該方法已經(jīng)成功地應(yīng)用于上海市。動態(tài)
關(guān)鍵詞：給水管網(wǎng)微觀動態(tài)水力模型 標準方法 拓撲結(jié)構(gòu)
1 水司建立網(wǎng)微觀動態(tài)水力模型的水力必要性
網(wǎng)微觀動態(tài)水力模型是指將給水系統(tǒng)中的一些給水設(shè)施(如：水泵、管道、模型閥門、標準 水庫或水塔等)的研究特性數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)及水量數(shù)據(jù)輸入管網(wǎng)模擬計算軟件，建立進行延時模擬計 算，水管網(wǎng)并達到一定校驗標準的微觀模型。建立大規(guī)模城市網(wǎng)微觀水力模型是動態(tài)一項系統(tǒng)工程。
要實現(xiàn)配水系統(tǒng)的水力科學化管理，尤其是模型大規(guī)模給水系統(tǒng)，水司必須建立網(wǎng)微觀動態(tài) 水力模型，標準原因是：給水系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計及改擴建需要它；能指導(dǎo)和幫助安排檢漏工作； 管網(wǎng)改造優(yōu)先性評估；診斷管網(wǎng)中的異常情況，如：錯關(guān)閥門，摩阻突變等，并提出解決方 案；分析事故或工程對用戶用水的影響程度，分析用水困難原因，提高供水服務(wù)業(yè)務(wù)水平； 調(diào)查大規(guī)模給水系統(tǒng)中水打回籠現(xiàn)象，尋找季節(jié)性閥門經(jīng)濟開度；用模型進行每天管網(wǎng)運行 工況分析，能增強調(diào)度員調(diào)度信心，有利于經(jīng)濟調(diào)度，同時模型可用于培訓(xùn)調(diào)度員；能幫助 選定管網(wǎng)中測點位置，優(yōu)化測點布置；在管網(wǎng)微觀水力模型的基礎(chǔ)上可開發(fā)水質(zhì)模型，管網(wǎng) 水力動態(tài)模型與SCADA系統(tǒng)相連，可實現(xiàn)在線實時調(diào)度，為進一步實現(xiàn)離線或在線優(yōu)化調(diào)度 提供條件等等。
2 建立網(wǎng)微觀動態(tài)水力模型標準方法
2.1 管網(wǎng)分析軟件及現(xiàn)場測試儀器的選擇原則
選定管網(wǎng)分析軟件原則：
(1)與GIS、營業(yè)水費賬單系統(tǒng)及SCADA系統(tǒng)有接口；
(2)能支持多種操作平臺，支持多種輸入輸出設(shè)備，有網(wǎng)絡(luò)版，人機界面友好；
(3)計算管網(wǎng)節(jié)點數(shù)應(yīng)無限，計算速度快，占內(nèi)存少(15000個節(jié)點管網(wǎng)模型要求內(nèi)存不能超過35M)；
(4)能對多種給水設(shè)施進行模擬，同一種給水設(shè)施有多種水力計算公式(尤其是管道)；
(5)具備條件選定功能，具備對某些給水設(shè)施參數(shù)整體改變或修改的功能，能進行延時模擬計算(至少24h)，時間間隔可任意設(shè)置；
(6)具備模型組合、拆分及簡化功能；
(7)建立的GIS圖形能作為一個圖層放在管網(wǎng)模型圖形底層，同時能對管網(wǎng)模型進行正常的 修改等操作。
現(xiàn)場測試儀器的選擇原則：
(1)水泵測試儀應(yīng)具備測定電動機功率及效率，水泵的H～Q曲線，H～η曲線，水泵溫度等參數(shù)；
(2)壓力數(shù)據(jù)采集儀應(yīng)能連接消火栓，收集壓力數(shù)據(jù)；流量儀能安裝在流量井里，進行雙 向瞬時流量測定，桿的振動應(yīng)該小，同時具備多種規(guī)格；水位儀投入水底，應(yīng)能采集水位或 深度變化；
(3)各種儀器設(shè)備及電池能防水，有時鐘、日歷及隨機存儲器，采集時間間隔應(yīng)能設(shè)置， 數(shù)據(jù)容量不能少于7d(間隔15min)；
(4)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)能在測試儀的隨機存儲器和個人計算機(PC)之間相互調(diào)用；
(5)各種儀器設(shè)備采集數(shù)據(jù)的量程及精度應(yīng)滿足要求，安裝操作應(yīng)簡便、安全。
2.2 建網(wǎng)模型拓撲結(jié)構(gòu)
管網(wǎng)模型拓撲結(jié)構(gòu)的建立有兩種方法：一種是用數(shù)字化儀將給水設(shè)施數(shù)字化輸入建模軟件 ，形成點線結(jié)構(gòu)的管網(wǎng)圖形；另一種是從給水GIS系統(tǒng)中按照一定的文件格式調(diào)入經(jīng)矢量化 的給水設(shè)施圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，使之在管網(wǎng)模型軟件里形成計算機給水系統(tǒng)管網(wǎng)圖形。不 論是用哪種方法，實際的管網(wǎng)圖形都要經(jīng)過"微誤差簡化"[1]，前一種方法是在 管線圖紙上完成，第二種方法是在管網(wǎng)建模軟件里完成的。
"微誤差簡化"原則：
(1)簡化枝狀管。一般情況下，將枝狀管簡化掉，把它的用戶用水量劃到與之相連的環(huán)狀 管節(jié)點上，如果枝狀管上有大用戶，將保留該枝狀管，便于大用戶24h實時用水曲線調(diào)查；
(2)簡化"T"(梯)型連通管。當連通兩管道"T"的直徑與其中一根管道的直徑相同時， 將"T"簡化掉；如連通兩管道"T"的直徑與兩根管道的直徑都不同時，將保留"T"；如 "T"上有常規(guī)操作閥，將保留"T"；
(3)輸水管道如不是枝狀管，不論直徑大小，不能簡化掉；
(4)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)不能進行人工分解，平行管線不能合并；
(5)多根管道連接于同一根管道，且節(jié)點間間距小于2m，可合并為一個節(jié)點，局部水頭損 失轉(zhuǎn)化為管道沿程水頭損失；
(6)管道拐彎或經(jīng)"微誤差簡化"產(chǎn)生的水頭損失，模型校驗時轉(zhuǎn)化為管道沿程水頭損失。
節(jié)點的選定應(yīng)遵循以下原則：
(1)閥門和水泵的兩端設(shè)置節(jié)點；
(2)水庫或水塔設(shè)置節(jié)點；
(3)管道交叉連通處設(shè)置節(jié)點；
(4)管道變徑處設(shè)置節(jié)點；
(5)埋設(shè)年代不同的管道(一般在5年以上)連接處設(shè)置節(jié)點；
(6)管材不同的管道連接處設(shè)置節(jié)點；
(7)大用戶位置設(shè)置單獨用水量節(jié)點；
(8)現(xiàn)場測試點處設(shè)置節(jié)點。
節(jié)點和元素編碼方法：
節(jié)點和元素編碼沒有統(tǒng)一的規(guī)則，應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)建模給水區(qū)域的具體情況而定。節(jié)點 和元素的編碼應(yīng)用有限的位數(shù)盡量反映多的信息量，模型軟件里允許的節(jié)點和元素編碼一般 各為8位字符，信息量一般包括：給水設(shè)施類別、使用年代、材質(zhì)、區(qū)域、圖紙?zhí)柕取＿@樣 一來，便于管網(wǎng)模型的更新和校驗，便于對實際管網(wǎng)的操作、保養(yǎng)和管理，也便于工程應(yīng)用。
給水GIS里的節(jié)點編碼方法一般與管網(wǎng)模型里節(jié)點編碼方法不同，如：給水GIS里的閥門、 水泵等，只有一個編碼，而管網(wǎng)模型里將任何單個給水設(shè)施兩個節(jié)點，一個元素編碼；考慮 雙方接口時，應(yīng)考慮節(jié)點和元素編碼在兩個系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)化或生成方法；如給水設(shè)施是 利用數(shù)字化板輸入，那么節(jié)點和元素編碼是直接手工輸入管網(wǎng)模型軟件。節(jié)點的高程、管道的公稱直徑應(yīng)從GIS系統(tǒng)里轉(zhuǎn)入到管網(wǎng)模型，或手工直接輸入，管道公 稱直徑轉(zhuǎn)化為實際直徑應(yīng)在管網(wǎng)模型軟件里采用條件整體改變方式完成。
2.3 現(xiàn)場測試
現(xiàn)場測試的目的是為計算給水區(qū)域或系統(tǒng)的總用水量、節(jié)點流量及校驗管網(wǎng)動態(tài)水力模型 提供數(shù)據(jù)。SCADA系統(tǒng)或遙測系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)一般不能滿足建模精度要求。
現(xiàn)場對給水系統(tǒng)任何檢查和操作，都應(yīng)該遵從給水系統(tǒng)有關(guān)安全操作程序，絕對不能影響 正常的日常供水秩序；對閥門或水泵的操作，必須得到有關(guān)責任部門的批準，并協(xié)作完成。
2.3.1 測試前的準備工作
(1)整理分析用戶用水量賬單數(shù)據(jù)，選定要現(xiàn)場讀數(shù)的水表為大用戶水表；對選定的大用 戶水表進行強檢、校正，對于大用戶，要調(diào)查每周工作天數(shù)，每天的工作時間，工作班制， 是否有廠內(nèi)蓄水池，蓄水池體積，進水方式，進水時間及使用周期等；
(2)在圖紙上選定測壓消火栓及測流流量井。在現(xiàn)場檢查它們是否符合要求，考慮因素有 ：交通、安全、消火栓是否漏水、流量井是否積水、空間大小、井的深度及管道口徑等；選 定測壓測流點的總數(shù)目一般應(yīng)不少于總用水量節(jié)點數(shù)目的15%或總節(jié)點數(shù)的10%；為了滿足系 統(tǒng)的測試及模型校驗的要求，在某些主干管或區(qū)域邊界管上需要新增流量井；
(3)校驗管道平均流速斷面深度。在測流點要校驗管道口徑，在管道不同的深度測定流速 曲線，求出管道水流的平均流速，校對是否相等；其目的是確定管道真實平均流速斷面深度 ，因為真實管道可能變形，內(nèi)腐蝕，口徑不規(guī)則；還幫助選定流量儀量程和桿長。按文獻[2]推薦，選定不同管徑測試點總數(shù)目如表1；
表1 不同管徑測試點總數(shù)目
管道口徑(mm) | 點數(shù) |
小于200 | 5 |
大于200小于600 | 9 |
大于600 | 13 |
(4)檢查水庫、集水井或水塔是否滿足水位儀器安裝條件，對水庫或水塔進行漏水試驗；
(5)檢查水廠二泵房水泵，泵站水泵是否滿足測試條件，一般要在水泵進出口處按 儀器測試要求開孔；
(6)對管網(wǎng)中非全開或全閉閥門進行轉(zhuǎn)數(shù)校驗，對主干管或大口徑管道上全開或全 閉的閥門進行校驗；
(7)測量消火栓地面標高與儀器安裝高程；
(8)設(shè)置儀器測試參數(shù)，貼上防水標簽，一個儀器對應(yīng)一個測試位置；
(9)進行現(xiàn)場測試人員培訓(xùn)；
(10)制定現(xiàn)場測試計劃安排。
2.3.2 現(xiàn)場測試
按照制定的現(xiàn)場測試計劃，儀器設(shè)備按操作規(guī)程進行安裝，測試期間應(yīng)注意以下問題：
(1)測試儀器的系統(tǒng)時間設(shè)置應(yīng)統(tǒng)一，北京時間或格林威治時間(GMT)；
(2)水位或流量的測試必須同時進行；
(3)測試壓力、水位和流量時間段最少為7d；
(4)測試期間，管網(wǎng)中不應(yīng)該出現(xiàn)有較大的工程，如：沖洗消毒，管道改接等；
(5)水庫、水塔和集水井水位數(shù)據(jù)采集時間間隔為5min，其它為15min；
(6)測試期間，對關(guān)鍵的測試點一天檢查一次，發(fā)現(xiàn)問題，記錄下來，進行檢修或用 新的儀器替代，重新設(shè)置有關(guān)參數(shù)；
(7)大用戶調(diào)查、抄表，最好在7d當中完成，抄表當天必須是大用戶工作日，每間隔30min 抄表一次，連續(xù)抄表24h；
(8)水泵測試可在不同時間完成；
(9)測試水廠和泵站水泵的進出口壓力及流量值。
一旦現(xiàn)場測試完畢，將所有儀器設(shè)備按照設(shè)備操作規(guī)程收回，并將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸?shù)接嬎銠C ，分門別類保存；分析測試數(shù)據(jù)結(jié)果，同一點如有遙測數(shù)據(jù)，可參考對比，對異常現(xiàn)象 進行調(diào)查，找原因，對個別異常的重要點需重新再測試。
