建立給水管網微觀動態水力模型標準方法研究
摘要：闡述了水(shui)司建(jian)立(li)給水(shui)管網(wang)微觀動態水(shui)力模型的(de)必要性(xing)，提出(chu)了一(yi)套適(shi)合(he)我(wo)國國情的(de)給水(shui)管網(wang)建(jian)模標(biao)準 方法(fa) 。這(zhe)一(yi)方法(fa)將有助于(yu)我(wo)國給水(shui)管網(wang)建(jian)模工作走上正(zheng)規化和(he) 科(ke)學 化的(de)道路。該方法(fa)已經(jing)成功地 應用 于(yu)上海市。
關鍵(jian)詞：給水(shui)管網微(wei)觀(guan)動態水(shui)力(li)模型(xing) 標準方(fang)法 拓撲結構(gou)
1 水(shui)司建立(li)給水(shui)管網微觀動態水(shui)力模(mo)型的必要性(xing)
給(gei)(gei)(gei)水管(guan)網(wang)(wang)微觀動態水力(li)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)是(shi)(shi)指將給(gei)(gei)(gei)水系統中的一些給(gei)(gei)(gei)水設施(如：水泵、管(guan)道(dao)、閥(fa)門、 水庫或水塔等)的特性(xing)數據(ju)(ju)、屬性(xing)數據(ju)(ju)及水量數據(ju)(ju)輸(shu)入管(guan)網(wang)(wang)模(mo)(mo)(mo)(mo)擬 計算 軟件，進行延時模(mo)(mo)(mo)(mo)擬計 算，并達(da)到一定校驗標準的模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)。建立(li)大規模(mo)(mo)(mo)(mo)城市給(gei)(gei)(gei)水管(guan)網(wang)(wang)微觀水力(li)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)是(shi)(shi)一項系統工程。
要實現(xian)(xian)配水(shui)系統(tong)(tong)的科學化管(guan)理，尤(you)其是大規模給水(shui)系統(tong)(tong)，水(shui)司必須(xu)建(jian)立給水(shui)管(guan)網(wang)微(wei)觀(guan)(guan)動態 水(shui)力(li)模型，原(yuan)因是：給水(shui)系統(tong)(tong)的規劃(hua)、設計及改擴建(jian)需要它;能(neng)(neng)(neng)指導和幫助安(an)排(pai)檢漏工作; 管(guan)網(wang)改造(zao)優(you)(you)先性評估;診斷管(guan)網(wang)中的異常情況，如：錯關閥門，摩(mo)阻突變等(deng)，并提出解決方 案(an); 分(fen)析(xi) 事故或(huo)工程(cheng)對用戶用水(shui)的 影響(xiang) 程(cheng)度(du)，分(fen)析(xi)用水(shui)困難原(yuan)因，提高供水(shui)服務業務水(shui)平(ping); 調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)查大規模給水(shui)系統(tong)(tong)中水(shui)打回籠(long)現(xian)(xian)象，尋(xun)找季節性閥門 經濟(ji) 開(kai)度(du);用模型進行每天管(guan)網(wang)運行 工況分(fen)析(xi)，能(neng)(neng)(neng)增強調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)度(du)員調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)度(du)信心，有(you)利(li)于經濟(ji)調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)度(du)，同(tong)時(shi)模型可用于培(pei)訓(xun)調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)度(du)員;能(neng)(neng)(neng)幫助 選定管(guan)網(wang)中測點(dian)位置(zhi)，優(you)(you)化測點(dian)布(bu)置(zhi);在管(guan)網(wang)微(wei)觀(guan)(guan)水(shui)力(li)模型的基(ji)礎上可開(kai)發水(shui)質(zhi)模型，管(guan)網(wang) 水(shui)力(li)動態模型與(yu)SCADA系統(tong)(tong)相連，可實現(xian)(xian)在線(xian)實時(shi)調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)度(du)，為(wei)進一步實現(xian)(xian)離線(xian)或(huo)在線(xian)優(you)(you)化調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)度(du) 提供條件等(deng)等(deng)。
2 建立給(gei)水管網微觀動態(tai)水力模型標準方法
2.1 管網分析軟件及現場測試儀器的選擇原則(ze)
選定管網分析軟件(jian)原則(ze)：
(1)與GIS、營業水費(fei)賬(zhang)單系統及SCADA系統有接口;
(2)能(neng)支持多(duo)種操作平臺，支持多(duo)種輸入輸出設備，有 網絡(luo) 版，人機界(jie)面友好;
(3)計算管(guan)網節點數應無限，計算速度快，占內(nei)存(cun)(cun)少(shao)(15000個節點管(guan)網模型要(yao)求內(nei)存(cun)(cun)不能超過35M);
(4)能對多(duo)種給水(shui)設施(shi)(shi)進行模擬，同(tong)一種給水(shui)設施(shi)(shi)有多(duo)種水(shui)力計算公式(shi)(尤(you)其(qi)是管道);
(5)具備條件選定(ding)功能(neng)(neng)，具備對某些給(gei)水(shui)設施參數整體(ti)改(gai)變或修(xiu)改(gai)的(de)功能(neng)(neng)，能(neng)(neng)進行延時模擬計算(至少24h)，時間間隔可任意(yi)設置;
(6)具(ju)備模型組合、拆分(fen)及(ji)簡化功(gong)能;
(7)建立(li)的GIS圖(tu)形能(neng)作為一個圖(tu)層放在(zai)管網模(mo)型(xing)圖(tu)形底層，同時能(neng)對管網模(mo)型(xing)進行(xing)正常的 修改等操作。
現場測試(shi)儀器的選(xuan)擇原則：
(1)水泵(beng)測試儀應具備測定電動機功率及(ji)效率，水泵(beng)的H～Q曲(qu)線，H～η曲(qu)線，水泵(beng)溫(wen)度等參數;
(2)壓力數據采集(ji)(ji)儀應(ying)(ying)能(neng)(neng)(neng)連接消火栓，收集(ji)(ji)壓力數據;流(liu)量儀能(neng)(neng)(neng)安裝在流(liu)量井里，進行雙 向(xiang)瞬(shun)時流(liu)量測定，桿的振動應(ying)(ying)該小，同(tong)時具(ju)備多種(zhong)規格;水位儀投入(ru)水底(di)，應(ying)(ying)能(neng)(neng)(neng)采集(ji)(ji)水位或 深度變(bian)化(hua);
(3)各種(zhong)儀器(qi)設備及(ji)電池(chi)能防水，有時鐘、日歷及(ji)隨機存儲器(qi)，采(cai)集時間(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)隔應能設置(zhi)， 數據容量不(bu)能少于(yu)7d(間(jian)(jian)(jian)隔15min);
(4)采集的(de)數(shu)據應能(neng)在測(ce)試儀(yi)的(de)隨機(ji)存(cun)儲器和個人計算機(ji)(PC)之(zhi)間相互(hu)調用(yong);
(5)各種儀器(qi)設備采集數據的量(liang)程(cheng)及精度應(ying)滿足要求，安(an)裝操作應(ying)簡(jian)便、安(an)全(quan)。
2.2 建立管網(wang)模型拓撲結(jie)構(gou)
管(guan)網模(mo)型拓撲結構的(de)(de)建立有兩種(zhong)(zhong)(zhong)方法(fa)(fa)：一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)是用(yong)數字化儀將給水(shui)(shui)設(she)施(shi)數字化輸入建模(mo)軟件(jian) ，形成點(dian)線結構的(de)(de)管(guan)網圖(tu)形;另一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)是從給水(shui)(shui)GIS系統中按照一(yi)定的(de)(de)文件(jian)格式調入經矢量化 的(de)(de)給水(shui)(shui)設(she)施(shi)圖(tu)形數據(ju)和屬性數據(ju)，使(shi)之在管(guan)網模(mo)型軟件(jian)里(li)形成計算機給水(shui)(shui)系統管(guan)網圖(tu)形。不(bu) 論是用(yong)哪種(zhong)(zhong)(zhong)方法(fa)(fa)，實際的(de)(de)管(guan)網圖(tu)形都要經過"微誤差簡化"[1]，前一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)方法(fa)(fa)是在 管(guan)線圖(tu)紙上完(wan)成，第二(er)種(zhong)(zhong)(zhong)方法(fa)(fa)是在管(guan)網建模(mo)軟件(jian)里(li)完(wan)成的(de)(de)。
"微誤差簡化"原則：
(1)簡化(hua)枝狀管。一般情(qing)況下，將枝狀管簡化(hua)掉，把它的用(yong)(yong)戶用(yong)(yong)水量劃到與(yu)之相連的環狀 管節點上，如果枝狀管上有大用(yong)(yong)戶，將保留(liu)該枝狀管，便于(yu)大用(yong)(yong)戶24h實時用(yong)(yong)水曲線調(diao)查;
(2)簡化"T"(梯)型連(lian)(lian)(lian)通管(guan)。當連(lian)(lian)(lian)通兩管(guan)道(dao)"T"的(de)直(zhi)徑(jing)與(yu)其中(zhong)一根(gen)管(guan)道(dao)的(de)直(zhi)徑(jing)相同時， 將(jiang)"T"簡化掉;如連(lian)(lian)(lian)通兩管(guan)道(dao)"T"的(de)直(zhi)徑(jing)與(yu)兩根(gen)管(guan)道(dao)的(de)直(zhi)徑(jing)都不同時，將(jiang)保留"T";如 "T"上有常(chang)規操作閥，將(jiang)保留"T";
(3)輸水管(guan)道如不(bu)是枝狀管(guan)，不(bu)論直徑大小(xiao)，不(bu)能簡化(hua)掉(diao);
(4)管網(wang)結構(gou)不能(neng)進行(xing)人工分解，平行(xing)管線不能(neng)合并;
(5)多根(gen)管道連接(jie)于同一根(gen)管道，且節點(dian)間間距小于2m，可(ke)合并為(wei)一個節點(dian)，局部(bu)水頭(tou)損(sun)(sun) 失(shi)轉(zhuan)化為(wei)管道沿程水頭(tou)損(sun)(sun)失(shi);
(6)管道拐彎或經"微誤差簡化(hua)"產生的水頭(tou)損(sun)(sun)失(shi)，模型(xing)校驗(yan)時(shi)轉化(hua)為管道沿程水頭(tou)損(sun)(sun)失(shi)。
節點的(de)選定應遵循以(yi)下原則：
(1)閥門和水泵(beng)的兩端設(she)置節點;
(2)水(shui)庫或水(shui)塔設置(zhi)節點;
(3)管(guan)道交叉連通處(chu)設置節點;
(4)管(guan)道變徑處設置節點;
(5)埋設年代不同的管道(dao)(一(yi)般(ban)在5年以上)連接處設置(zhi)節(jie)點;
(6)管材不同的管道(dao)連接處設(she)置節點;
(7)大(da)用戶位置設置單獨用水量節點;
(8)現場測試點(dian)處設置節(jie)點(dian)。
節(jie)點和元素編碼方法：
節點(dian)和(he)(he)元(yuan)(yuan)素編(bian)碼(ma)沒有統一的(de)規則，應(ying)(ying)該(gai)根據給水(shui)管網建模(mo)給水(shui)區域的(de)具體情況而(er)定。節點(dian) 和(he)(he)元(yuan)(yuan)素的(de)編(bian)碼(ma)應(ying)(ying)用(yong)有限的(de)位(wei)數盡量反(fan)映(ying)多的(de)信息量，模(mo)型(xing)軟(ruan)件里允許(xu)的(de)節點(dian)和(he)(he)元(yuan)(yuan)素編(bian)碼(ma)一般 各為8位(wei)字符，信息量一般包(bao)括：給水(shui)設施類別(bie)、使用(yong)年代、材質、區域、圖紙號等。這(zhe)樣 一來，便于管網模(mo)型(xing)的(de)更(geng)新和(he)(he)校驗，便于對實際管網的(de)操作、保養和(he)(he)管理，也便于工程應(ying)(ying)用(yong)。
給水GIS里(li)的(de)(de)節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)編(bian)碼(ma)(ma)方(fang)(fang)(fang)法(fa)一(yi)般與管(guan)網(wang)模(mo)(mo)型里(li)節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)編(bian)碼(ma)(ma)方(fang)(fang)(fang)法(fa)不同，如(ru)：給水GIS里(li)的(de)(de)閥(fa)門(men)、 水泵等，只有一(yi)個(ge)編(bian)碼(ma)(ma)，而管(guan)網(wang)模(mo)(mo)型里(li)將(jiang)任何單個(ge)給水設(she)施兩個(ge)節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)，一(yi)個(ge)元素(su)編(bian)碼(ma)(ma);考慮 雙(shuang)方(fang)(fang)(fang)接(jie)口時，應考慮節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)和(he)元素(su)編(bian)碼(ma)(ma)在(zai)兩個(ge)系(xi)統(tong)之(zhi)間的(de)(de)相(xiang)互轉(zhuan)化(hua)或生(sheng)成(cheng)方(fang)(fang)(fang)法(fa);如(ru)給水設(she)施是 利用數字化(hua)板輸入(ru)(ru)，那么節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)和(he)元素(su)編(bian)碼(ma)(ma)是直(zhi)接(jie)手(shou)工(gong)輸入(ru)(ru)管(guan)網(wang)模(mo)(mo)型軟件。節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)的(de)(de)高程、管(guan)道(dao)的(de)(de)公(gong)稱(cheng)直(zhi)徑應從GIS系(xi)統(tong)里(li)轉(zhuan)入(ru)(ru)到管(guan)網(wang)模(mo)(mo)型，或手(shou)工(gong)直(zhi)接(jie)輸入(ru)(ru)，管(guan)道(dao)公(gong) 稱(cheng)直(zhi)徑轉(zhuan)化(hua)為實際直(zhi)徑應在(zai)管(guan)網(wang)模(mo)(mo)型軟件里(li)采用條(tiao)件整體(ti)改變(bian)方(fang)(fang)(fang)式(shi)完成(cheng)。
2.3 現場測試(shi)
現場測(ce)(ce)試的目(mu)的是為(wei)計算(suan)給水區(qu)域(yu)或系(xi)(xi)統(tong)的總用水量、節點流量及校驗管(guan)網動(dong)態水力模(mo)型 提(ti)供數(shu)據。SCADA系(xi)(xi)統(tong)或遙(yao)測(ce)(ce)系(xi)(xi)統(tong)返回的數(shu)據一般不能滿足(zu)建模(mo)精(jing)度要(yao)求(qiu)。
現場對(dui)給水系統(tong)任何檢(jian)查和操(cao)作，都應(ying)該遵(zun)從給水系統(tong)有(you)關安全操(cao)作程序，絕對(dui)不(bu)能影響 正常(chang)的日常(chang)供水秩序;對(dui)閥門(men)或水泵(beng)的操(cao)作，必(bi)須得到有(you)關責任部門(men)的批準(zhun)，并協作完成。
2.3.1 測試前(qian)的準備工作
(1)整理(li)分析用(yong)(yong)(yong)戶用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)量(liang)賬單(dan)數據，選(xuan)定要現場讀數的水(shui)(shui)表為大(da)用(yong)(yong)(yong)戶水(shui)(shui)表;對選(xuan)定的大(da)用(yong)(yong)(yong) 戶水(shui)(shui)表進行強檢、校正(zheng)，對于大(da)用(yong)(yong)(yong)戶，要調(diao)查(cha)每周工作(zuo)天(tian)數，每天(tian)的工作(zuo)時間(jian)(jian)，工作(zuo)班(ban)制， 是否有(you)廠(chang)內蓄水(shui)(shui)池(chi)，蓄水(shui)(shui)池(chi)體積，進水(shui)(shui)方(fang)式(shi)，進水(shui)(shui)時間(jian)(jian)及使(shi)用(yong)(yong)(yong)周期等;
(2)在(zai)圖紙上(shang)選(xuan)定測(ce)壓(ya)消火栓及測(ce)流(liu)流(liu)量井。在(zai)現場檢查它(ta)們是(shi)否(fou)(fou)符合要(yao)求(qiu)，考慮因素有(you) ： 交通(tong) 、安全、消火栓是(shi)否(fou)(fou)漏水、流(liu)量井是(shi)否(fou)(fou)積水、空間(jian)大小、井的(de)深(shen)度及管(guan)道口徑(jing)等;選(xuan) 定測(ce)壓(ya)測(ce)流(liu)點(dian)的(de)總(zong)數目一般應不少(shao)于總(zong)用(yong)水量節(jie)點(dian)數目的(de)15%或(huo)總(zong)節(jie)點(dian)數的(de)10%;為了滿足系 統(tong)的(de)測(ce)試及模型校驗的(de)要(yao)求(qiu)，在(zai)某些主干管(guan)或(huo)區域邊界管(guan)上(shang)需要(yao)新增流(liu)量井;
(3)校驗管(guan)(guan)道平(ping)均(jun)流(liu)速(su)(su)斷面深度(du)。在(zai)測(ce)流(liu)點要(yao)校驗管(guan)(guan)道口徑(jing)，在(zai)管(guan)(guan)道不同的深度(du)測(ce)定(ding)流(liu)速(su)(su) 曲線，求出(chu)管(guan)(guan)道水流(liu)的平(ping)均(jun)流(liu)速(su)(su)，校對是否(fou)相等;其目的是確定(ding)管(guan)(guan)道真實平(ping)均(jun)流(liu)速(su)(su)斷面深度(du) ，因(yin)為真實管(guan)(guan)道可能變形，內腐蝕(shi)，口徑(jing)不規(gui)則(ze);還幫助選定(ding)流(liu)量儀(yi)量程和桿長。按 文(wen)獻 [2]推(tui)薦，選定(ding)不同管(guan)(guan)徑(jing)測(ce)試點總數(shu)目如表(biao)1;
表1 不同管徑測試點總數目
|
管道口徑(jing)(mm) |
點數 |
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小于200 |
5 |
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大于200小于600 |
9 |
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大于600 |
13 |
(4)檢(jian)查水(shui)(shui)庫、集水(shui)(shui)井或(huo)水(shui)(shui)塔是(shi)否滿足水(shui)(shui)位儀(yi)器(qi)安(an)裝條件，對水(shui)(shui)庫或(huo)水(shui)(shui)塔進(jin)行漏(lou)水(shui)(shui)試(shi)驗;
(5)檢查水廠二(er)泵(beng)(beng)房水泵(beng)(beng)，泵(beng)(beng)站(zhan)水泵(beng)(beng)是(shi)否(fou)滿足測試(shi)條件，一般要在水泵(beng)(beng)進(jin)出口處按 儀(yi)器測試(shi)要求(qiu)開孔;
(6)對(dui)管網中非(fei)全(quan)(quan)開或全(quan)(quan)閉(bi)閥門進(jin)行轉數校(xiao)驗，對(dui)主干(gan)管或大口徑(jing)管道上全(quan)(quan)開或全(quan)(quan) 閉(bi)的閥門進(jin)行校(xiao)驗;
(7)測(ce)量消火栓地面標(biao)高與(yu)儀器安裝高程;
(8)設置儀器測試參(can)數，貼上(shang)防水標簽，一(yi)個儀器對應一(yi)個測試位置;
(9)進(jin)行現場(chang)測試(shi)人(ren)員培訓;
(10)制定現(xian)場(chang)測試計(ji)劃安(an)排。
2.3.2 現(xian)場測試
按(an)照(zhao)制(zhi)定的(de)現場測試(shi)計劃(hua)，儀器設備(bei)按(an)操作(zuo)規程進行安裝，測試(shi)期間應(ying)注意以下 問題 ：
(1)測試儀器的系統時(shi)(shi)間(jian)設置應(ying)統一，北(bei)京時(shi)(shi)間(jian)或(huo)格(ge)林威(wei)治時(shi)(shi)間(jian)(GMT);
(2)水位或流量的測(ce)試必須同時(shi)進行;
(3)測試(shi)壓力、水位和流(liu)量時間段(duan)最少為7d;
(4)測(ce)試期(qi)間，管網中(zhong)不(bu)應該出現有(you)較大的工程，如：沖洗消毒，管道改接(jie)等;
(5)水(shui)庫、水(shui)塔和(he)集水(shui)井水(shui)位數據采集時間間隔為(wei)5min，其它為(wei)15min;
(6)測(ce)試期間，對關鍵(jian)的測(ce)試點一天(tian)檢(jian)查一次，發現問(wen)題，記錄(lu)下來，進行檢(jian)修或用 新(xin)的儀器替代，重新(xin)設置有關參數;
(7)大用戶調查、抄(chao)表(biao)，最好在7d當中(zhong)完成，抄(chao)表(biao)當天(tian)必(bi)須是大用戶工作(zuo)日，每間隔30min 抄(chao)表(biao)一次(ci)，連(lian)續抄(chao)表(biao)24h;
(8)水泵(beng)測試可在不(bu)同(tong)時間完成(cheng);
(9)測試水(shui)廠和(he)泵(beng)站水(shui)泵(beng)的進(jin)出口壓力(li)及流量值。
一旦現場測(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)完畢，將(jiang)所(suo)有儀器設(she)備(bei)按照設(she)備(bei)操作規(gui)程(cheng)收回，并將(jiang)所(suo)有數(shu)據(ju)(ju)轉(zhuan)輸到計算機 ，分(fen)門(men)別(bie)類保存;分(fen)析(xi)測(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)數(shu)據(ju)(ju)結(jie)果，同一點(dian)如(ru)有遙測(ce)(ce)數(shu)據(ju)(ju)，可 參考 對(dui)(dui)比，對(dui)(dui)異常現象 進行調查(cha)，找原因(yin)，對(dui)(dui)個別(bie)異常的重要點(dian)需重新再測(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)。
。
2.4 節點(dian)流量的 計(ji)算 與阻力系數的確(que)定
2.4.1 節點流量計算
實際(ji)供水(shui)管網(wang)系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶應是(shi)(shi)管網(wang)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)中(zhong)(zhong)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雛形，用(yong)(yong)(yong)(yong)戶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)應該是(shi)(shi)給(gei)水(shui) 管網(wang)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)中(zhong)(zhong)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)。然而實際(ji)供水(shui)系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)具(ju)有(you)隨機性(xing)、周期性(xing)和(he)不確 定性(xing)，怎樣模(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程，即為(wei)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)中(zhong)(zhong)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)計(ji)(ji)算 方(fang)(fang)法 。節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)計(ji)(ji)算是(shi)(shi)基于大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)場實測數據，大(da)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶現(xian)場抄表數據及每(mei)(mei)月(yue)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶水(shui)表抄見(jian)(jian)數 。節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)計(ji)(ji)算過(guo)程分為(wei)以下幾部分：(1)在(zai)地(di)形圖上劃定節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)區域。該過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 是(shi)(shi)求解每(mei)(mei)個(ge)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)每(mei)(mei)月(yue)平(ping)均節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)值，建立(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)號碼與用(yong)(yong)(yong)(yong)戶抄表簿(bu)號碼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)連(lian)接 關系(xi)。詳細 內(nei)容 見(jian)(jian) 文獻(xian) [1]。(2)制作用(yong)(yong)(yong)(yong)戶用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)模(mo)(mo)(mo)(mo)式曲(qu)線[2]。該過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)尋(xun)求大(da)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶和(he)其它幾類(lei)(lei)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui) 規(gui)律 曲(qu)線。基本原理是(shi)(shi)：系(xi)統(tong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)衡(heng)方(fang)(fang)程，其中(zhong)(zhong) 無計(ji)(ji)量(liang)(liang)(liang)(liang)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)模(mo)(mo)(mo)(mo)式計(ji)(ji)算方(fang)(fang)法有(you)兩種[3]："晚上凈(jing)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)法"(Net Night Flow Method )和(he)"平(ping)均流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)法"(Average Flow Method);每(mei)(mei)個(ge)時間點(dian)(dian)(dian)(dian)上無計(ji)(ji)量(liang)(liang)(liang)(liang)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分配(pei)也有(you)兩種方(fang)(fang)法 [4～5]：第一(yi)(yi)種是(shi)(shi)管網(wang)當(dang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)無計(ji)(ji)量(liang)(liang)(liang)(liang)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)按(an)照用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)上連(lian)接的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)表數目(mu)占 管網(wang) 研(yan)究 區域中(zhong)(zhong)總水(shui)表數目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)百分數分配(pei)到每(mei)(mei)一(yi)(yi)個(ge)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian);另(ling)一(yi)(yi)種方(fang)(fang)法是(shi)(shi)將無計(ji)(ji)量(liang)(liang)(liang)(liang)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui) 按(an)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)中(zhong)(zhong)兩用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)間輸(shu)水(shui)管長(chang)度占模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)中(zhong)(zhong)總管長(chang)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比例分配(pei)到下游的(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)。詳 細內(nei)容見(jian)(jian)文獻(xian)[6]。(3)確定節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)值。知道(dao)了每(mei)(mei)類(lei)(lei)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)模(mo)(mo)(mo)(mo)式曲(qu)線和(he) 用(yong)(yong)(yong)(yong)戶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)均流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)值，可(ke)求解每(mei)(mei)個(ge)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)每(mei)(mei)類(lei)(lei)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)每(mei)(mei)時段(duan)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)量(liang)(liang)(liang)(liang)。
一(yi)旦(dan)一(yi)個具(ju)體研(yan)究的(de)給水(shui)區域確定，能將(jiang)以(yi)上求解過程設計(ji)成計(ji)算機軟件，用于節點流(liu)量 的(de)計(ji)算與(yu)調整，便于節點流(liu)量的(de)更新和維(wei)護。
2.4.2 阻力系(xi)數(shu)的(de)確定
管(guan)道絕對(dui)粗糙系(xi)數的(de)確定：在供水系(xi)統(tong)維護、保養及改擴(kuo)建過(guo)程中，很容易獲(huo)得各(ge)給水區 域各(ge)種(zhong)不(bu)(bu)同年代不(bu)(bu)同管(guan)材的(de)管(guan)壁(bi)切片，用(yong)游標卡尺(chi)或其它(ta)測量方法求出管(guan)壁(bi)絕對(dui)粗糙系(xi)數， 將它(ta)們存(cun)入計算機數據庫(ku);對(dui)各(ge)種(zhong)不(bu)(bu)同管(guan)材、不(bu)(bu)同年代K值進行曲線擬合，求出其它(ta)未 測量管(guan)道的(de)K值。
閥(fa)門(men)阻(zu)力系(xi)數(shu)(shu)的(de)確定(ding)(ding)：不同閥(fa)門(men)阻(zu)力系(xi)數(shu)(shu)的(de)確定(ding)(ding)可從閥(fa)門(men)生產廠家直接獲(huo)得(de)(de);或用(yong)它(ta)們(men)的(de) 數(shu)(shu)據按(an)建(jian)模軟件(jian)里閥(fa)門(men)模擬公(gong)式的(de)要求，經轉換獲(huo)得(de)(de);如現場(chang)測(ce)試條件(jian)具備，也可在現場(chang)實(shi) 測(ce)獲(huo)得(de)(de)有關閥(fa)門(men)阻(zu)力系(xi)數(shu)(shu)值。
這些管道的(de)粗糙系(xi)數(shu)K值(zhi)和閥門的(de)阻力(li)系(xi)數(shu)值(zhi)作為模型啟(qi)動計算(suan)時(shi)輸入的(de)初值(zhi)，模型 校驗時(shi)需再(zai)調整。
2.5 模(mo)型的校驗
2.5.1 模(mo)型校驗的基本方法
對于管道：
對(dui)于(yu)一般(ban)閥門：
Q=CV·A(2g·ΔH)1/2(3)
式中ΔH--管段或閥門水頭(tou)損失，m;
Q--管段或閥門流量，m3/s;
D--管(guan)段直徑，m;
K--管(guan)道的粗糙系數，mm;
L--管(guan)段(duan)的長度，m;
g--重力加(jia)速度，m/s2;
λ--科爾布洛克(ke)(Colebrooks)系數;
Re--雷諾(nuo)數;
A--閥門斷面面積(ji)，m2;
CV--流量系數。
由式(1)、(2)、(3)可知：D和Q的(de)改(gai)變 影(ying)響(xiang) 管(guan)網(wang)水力(li)條件(jian)較明顯(xian)，K的(de)改(gai)變影(ying) 響(xiang)管(guan)網(wang)水力(li)條件(jian)相(xiang)對較小。校驗的(de)參(can)數一(yi)般(ban)為：Q、D、K、閥門(men)的(de)開度(du)、L、水泵特(te) 性曲線、地面標高(gao)等，其(qi)中影(ying)響(xiang)流量Q的(de)因素主要是(shi)節點流量，一(yi)般(ban)情況下，調整(zheng)無計 量用水模式和居民用水模式曲線。
給水系(xi)統中每個給水設施的(de)校驗都是通過多次(ci)"試(shi)(shi)再試(shi)(shi)"，逐步逼近(jin)的(de)方法完成。
模型校(xiao)驗過(guo)程(cheng)中，碰到異常現(xian)(xian)(xian)象(模型計算值和測(ce)(ce)試值差異較大)時(shi)，應(ying)首先檢(jian)查(cha)管(guan)網連接 關系(xi)，應(ying)對(dui)測(ce)(ce)試數據進行反復 分析(xi) ，有必要，需到現(xian)(xian)(xian)場(chang)進行多次現(xian)(xian)(xian)場(chang)測(ce)(ce)試，分析(xi)結果應(ying)該(gai)得 到多個(ge)部門和測(ce)(ce)試數據的肯(ken)定;所有的異常現(xian)(xian)(xian)象及解(jie)決過(guo)程(cheng)和方法應(ying)記錄下來。
一(yi)些管(guan)網模(mo)型(xing)專家的(de)(de)建模(mo)經驗[2，3，5，7，8]表明：產生異常現(xian)象的(de)(de)主(zhu)要 原因(yin)是實際(ji)的(de)(de)管(guan)線連接情(qing)況與(yu)計算機給水管(guan)網模(mo)型(xing)里的(de)(de)管(guan)線連接關系不(bu)一(yi)致，或者是閥(fa)門的(de)(de) 實際(ji)開(kai)度(du)或控制(zhi)參數值的(de)(de)設定與(yu)收集(ji)到的(de)(de)信息(xi)不(bu)一(yi)致。
2.5.2 選定校驗日期
給水系(xi)統中(zhong)(zhong)測試的數(shu)據為(wei)7d，模(mo)型校驗(yan)時，只選其中(zhong)(zhong)一天的數(shu)據;首先收集給水系(xi)統測試 期(qi)間的調度報告和有關系(xi)統中(zhong)(zhong)事件記(ji)錄，按照測試期(qi)間的要求選定(ding)一天的數(shu)據作(zuo)為(wei)校驗(yan)數(shu)據 ，該天即為(wei)模(mo)型校驗(yan)日期(qi)。校驗(yan)日不應(ying)是節假日、周六和星期(qi)日。
2.5.3 校驗標準
文獻[2]提供的校驗標準如表2。
2.6 模型的維護和(he)更新
模(mo)型的(de)(de)更(geng)新(xin)(xin)應與(yu)管網改擴建同步。通過數字化板(ban)或調用新(xin)(xin)的(de)(de)GIS數據來更(geng)新(xin)(xin)模(mo)型的(de)(de) 網絡 拓(tuo) 撲(pu)結構(gou);節點流量(liang)的(de)(de)更(geng)新(xin)(xin)通過節點流量(liang)分配軟件和SCA DA系(xi)統或Telemetry系(xi)統返回的(de)(de)流量(liang) 數 據完成，K值每年需按一定(ding)(ding)的(de)(de)增長(chang)比例進行更(geng)新(xin)(xin);水泵開停及閥門參(can)數的(de)(de)設定(ding)(ding)按計算日 期各自(zi)實際狀態設置更(geng)新(xin)(xin)。
對于(yu)一(yi)個校驗(yan)好的(de)模型， 應(ying)用 了幾(ji)年(2～5年)后，需重新校驗(yan)，校驗(yan)過程(cheng)(cheng)和方(fang)法同建模過 程(cheng)(cheng)。
表(biao)2 校 驗 標(biao) 準
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項 目
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參 數
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校驗標準(誤差范圍)
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管段流量
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流量大于總流量10%管道
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實測值的±5%
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流量小于總流量10%管道
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實測值的±10%
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節點壓力
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100%校驗節點
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實測值的±19.6kPa或區域總水頭損失的10%
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95%校驗節點
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實測值的±14.7kPa或區域總水頭損失的7.5%
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85%校驗節點
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實測值的±9.8kPa或區域總水頭損失的5%
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水庫或水塔
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水位
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實測值的±0.98kPa
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2.7 模型報告及文檔
模(mo)型報告(gao)及(ji)文檔的(de)整理是建模(mo)工(gong)作的(de)一(yi)項重(zhong)要內(nei)容，它將建模(mo)的(de)整個過(guo)程及(ji)收集的(de)資料(liao)以 文字、圖紙和磁盤的(de)形(xing)式保存下來，內(nei)容包(bao)括：
(1)執行 總結 ：描述研究的主(zhu)要目標，執行情況，從宏觀角度(du)得(de)出結論(lun)(涉及配水系統本身 );
(2)介紹：包(bao)括區(qu)(qu)域名(ming)稱，研究區(qu)(qu)域的面積，報告內容(rong)總結，研究期間工作時間表等;
(3)研究(jiu)區(qu)域描述：描述的(de)內(nei)(nei)容包(bao)括研究(jiu)區(qu)域圖形，面積，干管長度，區(qu)域用(yong)水(shui)性質，用(yong) 水(shui)結構(gou)，人口(kou)，日(ri)用(yong)水(shui)量情況，區(qu)域內(nei)(nei)水(shui)廠、水(shui)庫或(huo)水(shui)塔、泵站等(deng);
(4)數(shu)(shu)據收集：記(ji)錄(lu)管(guan)網有(you)關數(shu)(shu)據的收集，水廠、泵(beng)站(zhan)及(ji)調蓄設備數(shu)(shu)據收集，包括大用戶(hu) 每月(yue)用水數(shu)(shu)據，節點和元素(su)號(hao)碼(ma)及(ji)地(di)址等;
(5)現場測試：包括測試前(qian)的準備(bei)工作情況，區域閥(fa)門關(guan)閉情況，流量曲線，測試日期， 再測試日期及地點(dian)，測試用(yong)的設備(bei)參(can)數細節(jie)，水泵測試結(jie)果，大用(yong)戶測試結(jie)果記錄等(deng);
(6)測試(shi)數(shu)據分(fen)析：包(bao)括選定(ding)區(qu)域的(de)校驗日期，流量(liang)數(shu)據分(fen)析，壓力數(shu)據分(fen)析，漏水水平 、用(yong)水曲線及用(yong)水模式曲線的(de)計算(suan)，異(yi)常數(shu)據結果及造成的(de)原因分(fen)析等;
(7)模型校驗：記(ji)錄校驗的(de)(de)整個過程(cheng)，校驗結果(guo)，校驗過程(cheng)中遇到(dao)的(de)(de)異常現象及解(jie)決(jue)方法 ，對未解(jie)決(jue)的(de)(de)異常現象要記(ji)錄已做(zuo)了哪些工(gong)作;
(8)模(mo)型操作手冊：簡單解釋給水設施模(mo)擬(ni)數學模(mo)型及有(you)關參(can)數含(han)義(yi)，模(mo)型操作方法等;
(9)模(mo)型觀(guan)察(cha)：將模(mo)型用來(lai)預(yu)測其它工況(kuang)時，記(ji)錄下(xia)模(mo)型有關流(liu)量、壓(ya)力及漏失(shi)水平等(deng)情 況(kuang)，對(dui)低壓(ya)區，超過預(yu)期的水頭損失(shi)，區域漏失(shi)，異常大(da)阻力等(deng)進行(xing)觀(guan)察(cha)和(he)分析;
(10)評語(yu)：對各給(gei)水(shui)區域模(mo)(mo)型(xing)及(ji)系統模(mo)(mo)型(xing)水(shui)力特征進行(xing)評述，對模(mo)(mo)型(xing)的靈敏性進行(xing)評述， 對模(mo)(mo)型(xing)的可信度(du)及(ji)校驗結果(guo)進行(xing)評述;
(11)附(fu)錄：包括模(mo)型校驗日的用水(shui)(shui)量(liang)總結(jie)報告，每(mei)個節點(dian)每(mei)種類型的用水(shui)(shui)總結(jie)，區(qu)域(yu)(yu)用水(shui)(shui) 量(liang)曲(qu)線，現場(chang)測(ce)(ce)試(shi)時間表，測(ce)(ce)試(shi)點(dian)的位置詳圖，大(da)用戶、測(ce)(ce)壓消火栓及測(ce)(ce)流流量(liang)井資料，校 驗曲(qu)線，圖紙(管(guan)線圖紙和節點(dian)用水(shui)(shui)量(liang)區(qu)域(yu)(yu)地形(xing)圖)，磁(ci)盤(模(mo)型軟(ruan)(ruan)件(jian)、模(mo)型、測(ce)(ce)試(shi)數據(ju)、節 點(dian)用水(shui)(shui)量(liang)軟(ruan)(ruan)件(jian))，儀(yi)器與儀(yi)器清單等。
3 結語
本文提出(chu)的(de)(de)(de)(de)標準建模方法已在(zai)上(shang)海[6]和其它(ta)一些國家水司[2，3，8]廣泛應用，但在(zai)一些技(ji)術(shu)細節方面是針對 中國 給水系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)(de)特點展開的(de)(de)(de)(de)，系(xi)(xi)統性較強，是建 模實踐經驗(yan)的(de)(de)(de)(de)總結。
由于篇幅限制，節(jie)點流(liu)量詳(xiang)細(xi)計算方(fang)法，現場(chang)數據收集表(biao)格(ge)和一(yi)些(xie)國內外建模(mo)實 例無法闡述，如需要可與作者(zhe)聯系。
參考 文獻
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建立 計算 機給(gei)水(shui)(shui)管網圖形和在(zai)地形圖上劃定(ding)節(jie)點(dian)流量(liang)區域(yu)的 方法(fa) . 給(gei)水(shui)(shui)排(pai)水(shui)(shui)，1997，23(6)：5～8
2 Water Authorities Associates/WRC. Network Analysis-A Code of Practice,1989
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4 Stoner Workstation Service User's SWS Water Version for Windows,1996
5 Wesnet User's Guide. Version 50,1993
6 陶建科. 建立給水(shui)管網(wang)動態模型中的(de)水(shui)量(liang) 分析 方法(fa). 給水(shui)排水(shui)，1998，24(1)：26～30
7 陶建科. 建立上海(hai)市(shi)計(ji)算機給水(shui)管(guan)網動態(tai)水(shui)力模型 研究 . 中國 給水(shui)排(pai)水(shui)，1999，15(4) ：11～13
8 Bryan Coulbeck. Integrated computer application in water supply,Volumel-Methods and procedures for systems simulation and control,Volume2-Application implementations for systems operation and management,Research studies press Ltd. And Jhon Wiley & Sons Inc. WRS,1993
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