水力模型在海宁供水管网运行管理中的应用

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1、水力模型在海宁供水管网运行管理中的应用摘要：供水管网水力模型在供水企业中日益得到重视和应用。海宁自来水有限公司建立供水 管网水力模型,利用水力模型实现区块化管理，降低漏失率、降低产销差、改善水质、节能 降耗、提高供水安全可靠性；在线实时监控供水管网水量、压力和水质情况；发生事故时 能够及时制定应急方案；提出规划改造和优化调度方案等,可有效的提高管网管理的科学性、 安全性和经济性，避免了盲目性。从而，实现“数字化”供水和“智能化”水务。 关键词：供水管网水力模型 区块化管理 模型应用 在线实时监控d、Al1 前言随着海宁市供水规模的扩大和供水安全要求的提高，供水企业需要全面掌握 和分析供水管网的

2、运行状态，这样对供水系统的管理工作提出了新的要求 .近年 来，供水企业管理水平日益提高、科技投入的力度日益增强、企业信息化的建设 日益成熟。海宁自来水有限公司提出“数字供水”概念，建成了数字化供水系统， 全面应用于生产、经营、服务工作.“数字化供水搭建信息技术平台，打造“智 能水务”，实现科技全方位支撑运营服务。水务建立营业一体化平台、供水管网 地理信息系统、供水设施综合监测系统和供水管网水力模型系统。“十二五”计 划提出：降低漏损率，降低产销差,节能降耗，提高供水管网安全可靠性。建立 供水管网水力模型是管网优化设计和运行工况分析重要的手段之一，有效地提高 供水系统的科学化管理水平,提高供水系

3、统的运行稳定性、可靠性,为水务带来良 好的经济效益和社会效益。2 海宁市供水现状 海宁市地处长江中下流域，四季分明,气候温和。全市共有两座水厂，现有供水 计能力30万mG/d,供水面积668平方公里，服务人口约80万。全市DN75mm 以上的管道长度为1075km，管材以球墨铸铁、铸铁、钢、PE等为主。3 水力模型项目前期调研上海、深圳、佛山、天津等城市已经建立供水管网水力模型，并将其成功的 应用于供水系统生产管理中。如，管网运行管理、水厂优化调度、规划改扩建等， 发生事故时，系统即时报警，并提出应急解决方案，提高供水安全可靠性。天津自来水集团已建立C/S结构和B/S结构水力模型系统。C/S结

4、构的水力 模型应用于技术生产部和管网部，主要用于管网运行管理、水厂调度和规划改扩 建方案比较，要求技术人员具有较高的专业素养。B/S结构的水力模型应用于调 度中心、管网部、科技信息部和各营销公司，主要用于大屏幕使用，在线实时监 控及预警、现场水厂调度、管网故障分析系统、爆管分析、水量平衡图等 .适应 部门广泛，要求技术人员具有一般的专业素养.天津市供水管网水力模型系统是基于水司现有的GIS系统、SCADA系统和 营业收费系统，是与现有供水管网管理系统共享,构建供水管网智能化管理平台。 该平台的建立有助于水司供水管网管理系统的统一管理 ,实现水司科学化管理， 提高供水安全可靠性，节能降耗.天津水

5、司的工作人员定期参加水力模型系统的 培训，培训内容包括：供水管网基础理论知识、水力模型基本应用、中级应用、 高级应用等.同时，供水管网智能化管理平台的建立，提高水司工作人员专业素 养和业务能力,有助于工作的展开，提高工作效率。4 海宁市供水管网水力模型海宁自来水有限公司为了实现“数字化”、“智能化”的科学化管理供水管 网，并能提高水务工作人员的专业素质，建立海宁市供水管网水力模型。海宁市供水管网水力模型分为 C/S 结构和 B/S 结构。 C/S 结构水力模型以 GIS系统为运行平台，管网水力模型系统能直接读取GIS的管网原始数据,并作为 水力模型的管网基础数据。 C/S 结构应用 WNW6.

6、0 版水力模型软件，包含水力 模型的全部功能，可用于水力模型的建立、校核、模型更新维护以及水力模型的 高级应用，适用于专业技术人员使用。B/S结构基于C/S结构、GIS系统、SCADA 系统和营业收费系统,可以实现实时动态水力计算，而且功能设计依据供水管网 运行管理的具体业务流程，大部分功能是“一键式”操作，使用简单，适合普通 技术人员使用。水务根据使用人员和应用内容的不同，使用适合的水力模型应用 平台,确保水力模型能够在海宁水务得到更加广泛的应用。4.1 海宁水务供水管网区块化管理区块化，即DBS，将复杂的管网系统分成若干个相对独立的区域或子系统, 实现区块化供水。根据海宁市城市的特点，供水

7、管网水力模型要解决的问题是平衡供水管网的 压力，降低管网漏失，降低产销差，节能降耗，改善水质 ,提高管网供水安全可 靠性，实现科学化管理.海宁市供水管网已划分区块，可利用分区水力模型实现 区块化管理。实现区块化供水是降低电耗、降低漏耗、保障管网水质、提高供水 效益的重要途径。（1）节能降耗应用水力模型模拟计算,提出最优的水厂和加压泵站压力分区运行模式,降低 配水系统电耗，同时，使管网压力均衡，减少爆管事故的发生和管道的漏失 ,减 少水资源的浪费.增加企业效益，满足低碳、环保型社会的要求。（2）管网漏失分析由于管网的漏失量与管网压力是成指数关系 ,管网压力越高，管道漏失量将 成指数增长.可以在水

8、力计算分析平台上动态模拟管网漏损点的范围，然后利用 检漏设备进行现场漏损点探测，提高检漏工作效率。（3）降低漏损率通过优化管网的压力分区运行模式，使管网在一天 24 小时中的管网压力均 衡。通过水力模型对各个时段的模拟计算，在满足用户用水压力需求的前提下， 降低区域的供水压力,达到降低漏耗的作用。（4）降低产销差改善水量管理,对各区块的进行流量管理.通过对分区流量的计量，使用水量平衡原理，对区块的流量进行合理的控制，掌握产和销的差量，从而降低产销差。（5）改善水质区块化可以缩短管网水龄，使氯的消耗减少、投氯量减少和消毒副产物减少。 在水力计算分析平台上动态模拟管网水龄和管道余氯浓度，合理提出投

9、氯量 ,解 决管网末梢和死水区余氯浓度低、管网前端余氯过高的问题.（6）提高管网安全性优化管网供水方式，降低管网供水压力，不仅能够降低漏耗 ,还可以有效地 减少管道爆管事故，提高管网的运行安全性。改善管网水力工况，保障管网水质， 减少二次污染，可以提高管网的运行安全性。4.2应用实例4.2.1爆管分析水力模型的爆管分析功能主要是分析当管道发生爆管时，能够快速制定管道需要关闭的阀门方案，提供受影响的范围、管道和用户信息等，如图1所示。若提供的关阀方案中某个阀门在现场中发现已损坏，可以重新制定方案，如图2图1爆管分析方案图2重新制定爆管分析方案4.2.2夜间最小流量分析水力模型的夜间最小流量分析功

10、能主要提供区块发生夜间最小流量时刻的 异常信息，夜间最小流量代表计量区域的漏失水平，正常情况下变化不大，若连 续三次发生异常增大现象，该区域可能发生了新的漏水，系统便会报警，如图3 和图4所示。干也:Mi何创砂12*藝 尬说畑 2W26.2S3315-0301WT 3Q1EJMILHZ*JJ.LLINU0uOCRCWW【删切W图3夜间最小流量监控曲线Ist労幕：鶯三*：尊ifc爭罕量船闿；*r聂阿量咖蛊障擁艄轶擅2工出BK*&岀lll呻旳0图4夜间最小流量监控系统报警信息图4中蓝色对话框表示流量计计量水量没有变化，红色对话框表示流量计计 量水量增加，绿色对话框表示流量计计量水量减少。下图右边的

11、对话框显示的是 流量计变化水量，若流量计计量水量增加时，土黄色条形向右增长，若计量水量 减少时，绿色条形向左增长。4.2.3管网低压区分析水力模型的管网低压区分析功能主要实时监控管网压力情况，当管网出现低 压时，能自动报警。利用供水路径分析功能可以查出水头损失过大的原因，如图5 所示。图5管网低压分析由图5可以得到，低压区的供水源头，可以查看供水路径中总水头损失为17.65m，起端压力为29。23m，末端压力为11。58m。水力模型能够提供水在管网中停留时间的计算、水厂供水跟踪及管网中余氯(1)化学药剂浓度分析的余氯浓度等参数合和污染的分析16001伙厂现污染处现污染处图6供水路径断面图可以模

12、拟消毒药剂在管道中的运动和衰减过程，也可以分析管网中任意位置当某管段发生水质污染事故时，可以正反方向追踪可以追踪污染源头，扩散(2)水厂供水路径跟踪分析由图6可得，当滑动图5中供水路径断面图中的位置线时，在管网中会显示管道水头损失的具体情况，方便查找管网处于低压的原因。该管网处于低压是因浓度计算等功能，用来研究和预测管网的水质变化为管道上的阀门处于关状态，所以水头损失过大，造成出现低压现象水厂的供水比例，从而划分出整个供水管网的供水区域分界线，可以用于水质混对于多水源供水系统，能够分析出管网中每一个节点处的用水量来自于各个的路径，扩散速度，受影响的范围和用户，确定关闭的阀门4.2.4水质分析*

13、i t*tH.-aa*小和*r良HUE：n是图7污染物不同时刻扩散路径由图7可看出，管网中发现污染物，经过供水路径追踪，发现污染物的源头是 水厂，随着时间的变化，受影响的范围逐步增大。及时制定关阀方案，将受影响 范围和程度降到最低。(3) 管道水龄分析水在管网中的停留时间决定着管网中的水质变化。水力模型能够计算管网中 任意位置的水龄，同时考虑管网中各水池对停留时间的影响。4.2.5管网改扩建规划由于城市不断地发展，供水范围不断扩展，旧管道应不断更新，城市供水管 网必须适应这种变化.利用模型可以对供水系统进行多目标优化设计规划,能够建 立多个规划方案，并对各方案进行评估与比较可提供的管网改扩建优

14、化方案，制 定近期和远期的管网改扩建计划.管网改扩建包括新管道的铺设和旧管网的改造. 新管道的铺设规划可以用来分析管道的最优管径选择，制定最优新铺设管道的定 线方案及优先铺设管道方案等。旧管网的改造方案包括优化的管道除垢方案，管 网的更换方案等，即在一定改造预算前提下，如何最大限度地改善旧管网的水力 条件。以水厂更换出厂干管为例，将DN1400管道更换DN1800管道，查看该出厂 干管供水范围变化情况。经水力模拟计算后，供水范围变化如图8和图9所示。4.2.6 优化调度优化调度是水行业一个比较重要和突出的难题 .海宁水务采用两级调度的方 法来解决管网的优化调度问题，同时还要做到节能,所以也提出

15、“节能调度”。首 先通过水量预测功能预测下一阶段的总供水量，第一级调度为各水厂出水量的优 化分配,第二级调度为针对各水厂的出水量，对水厂内部的水泵进行优化组合.然 后建立管网优化调度水力模型，通过管网优化运行工具对各水厂的供水量进行优 化，提出节能的水泵优化组合和调速泵设定方案。调度中心的技术人员可以在水 力模型上模拟各种工况的节能运行方案，掌握应急调度的方法，提高调度人员的 应变能力。4.2.7 在线实时监控及预警在线实时监控系统可以将管网水力模型的分析结果以多种图形形式在调度 中心大屏幕上显示.包括水量预测结果、实时水量平衡结果、实时的模型计算误 差曲线、整个管网的压力分布区域图，管网用水量分布图和管网余氯分布图等 . 由于模型与 SCADA 系统实时连接,模型可以实时地监控管网运行的状态，感知 管网系统运行异常情况的发生。当发生管网压力非正常下降，管网需水量非正常 变