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摘 要：文章以某地区为例通过对该地区供水管网的多种工况的模拟计算，指出了现行管网的不足之处，并结合供水管网现状分析平台在城市供水管网中的应用提出了一些解决策略，望与实现城市管网的改扩建提供参考。
关键词：供水管网；管网漏失；分析平台； 改扩建
中图分类号：TU823文献标识码： A
随着供水管网的规模扩大，导致其出现：管线改造、 铺设缺乏统一规划， 管线连接、构筑物设置等缺乏合理性，使低压区扩大、 管网漏损严重、 供水安全可靠性低等问题， 同时还使供水能耗偏高， 增加了供水成本。因此， 有必要针对管网漏失、供水可靠性与供水能耗等问题开展供水管网改扩建优化研究。文章结合工程实例，利用供水管网工况分析平台对供水管网改扩建工程进行优化分析计算，以实现城市供水管网交互式的工况分析， 为解决上述问题提供了有力工具。
1.供水管网工况分析平台
供水管网工况分析平台是建立在城市给水管网微观模型基础之上， 由 GIS 和管网水力模型結合起来开发而成。通过工况分析平台可以进行供水管网优化、改扩建分析[1,2]。该平台具主要有以下功能： 实现供水管网事故模拟及处理的功能， 供水管网突然出现爆管、水质污染等突发事故时， 工况分析平台一方面能够经过寻优计算， 找到最佳关阀方案， 并能显示事故的影响范围和影响程度， 另一方面通过水力计算模拟， 查找出受影响的管段和区域， 给出相应的应急预案， 以及受影响的重要用户信息； 实现供水管网优化调度的功能， 通过分析供水管网的工作状况， 掌握管网的动态运行规律，对不同工况下运行的经济性和安全性进行评价， 为供水系统的运行调度提供科学依据， 指导管网的日常调度； 实现供水管网漏失控制的功能， 漏失检测和压力控制是降低漏失的主要技术手段， 对于现阶段的技术发展水平， 管网建模是优化该降漏技术的关键方法，通过该平台可以合理的平衡管网内部压力， 降低富余压力， 降低管网漏失量； 实现供水管网水源污染事故处理的功能， 当供水管网水源发生污染事故时， 就必须停止供水以规避污染，通过该工况分析平台模拟部分水源停水时工况， 并给出事故时的调度策略， 以保证城市供水， 规避水源污染； 实现供水管网水质分析与调控的功能，该工况分析平台可在供水管网水力模拟计算的基础上，计算得出供水管网中各节点的水龄、 余氯等水质情况， 并能及时发现水质恶化的区域，进行安全分析。实现优选水质监测点定位的功能， 通过供水调度控制水质， 保证用户的水质安全。
传统供水管网优化改扩建在给水管网工况分析中存在一定的局限性。在传统改扩建过程中， 规划部门根据给水管网远期规划确定设计流量和水压， 然后布置管线。这种方式只能对个别管段进行控制。因此， 传统优化改扩建只是通过优化算法对远期规划的供水管网进行计算，这种方式显示功能差，评价功能不完善，而且无法保证改扩建后水源的平稳过渡。所以， 现有的传统改扩建方法是无法进行准确调控的。而该平台实现了供水管网规划和管网建模的一体化，通过该平台对供水管网改扩建规划进行分析，可以提高规划方案的合理性和经济性， 为规划部门提供合理、 实用的指导。
2.某开发区供水管网优化改扩建分析实例
该开发区现有 4 座净水厂。 产水能力为 18.7 万 m3/d， 加上输水管道周边开发的小水源， 水源能力可达 20 万 m3/d。现有的水源产水能力与供水生产能力相匹配， 但无更多富余量。本次规划以 2011 年为基准年， 总体规划期为 2015~2020 年。
在现状调查与收集水厂供水数据、 管网数据、水量数据等资料基础上，形成供水管网工况分析平台，该平台可以对现有供水管网进行分析评价[3]。
结合现状管网拓扑及上述模拟分析， 得出该供水管网现状主要存在以下几个问题： 各水厂联通性差， 各水厂间无明显联通管， 供水安全低； 管网中个别区域管线管径过小， 导致水头损失过大， 管段负荷过大； 管网中个别区域压力不足 20m， 尤其管网末梢处。
3 供水管网优化改扩建方案
综合专家意见及开发区的实际情况， 最终确定 2020 年城市最高日用水量为 50 万 m3/d较为合适。按照需水量预测， 远期 2020 年开发区最高日用水量为 50万 m3/d。规划管线直径选择域为{300， 500， 600， 700， 800}， 单位mm。2020 年规划 A 水厂供水能力为 10m3/d， 规划原有 4 座水厂仍然运行， 则共有 5 个供水厂。
经过供水管网优化改建模型求解， 结合扩建管网布局及管径优化， 综合考虑供水安全性要求， 最终获得 2020 年供水管网改扩建规划方案见图 5 所示。
2020 年规划供水管网满足最大时、 消防时、 最大转输时校核要求。
4 结论
通过供水管网工况分析平台， 建立了该开发区供水管网工况分析平台。利用此平台， 对现有管网的多个工况进行了分析计算， 对现有管网进行分析评价， 提出了管网存在的问题。以城市需水量预测数据为基础， 将供水管网改扩建方法应用于开发区的供水管网规划，计算出了 2020 年管网改扩建方案。所得方案满足各项校核， 改善了传统规划通过经验及技术经济比较的规划方式。
参考文献：
[1]高金良,常魁,方海恩,等.城市配水管网改造工程配水分析及其应用[J].中国给水排水 2008,(02):32~35.
[2]王俊良,郑成志,高金良.多水源供水优化调度决策支持系统开发与应用[J].中国给水排水,2010,26(10):87~90.
[3]吕谋,高金良,赵洪宾.大规模供水系统工况的建模方法研究[J].哈尔滨建筑大学学报， 2001,34(2):61~65.
关键词：供水管网；管网漏失；分析平台； 改扩建
中图分类号：TU823文献标识码： A
随着供水管网的规模扩大，导致其出现：管线改造、 铺设缺乏统一规划， 管线连接、构筑物设置等缺乏合理性，使低压区扩大、 管网漏损严重、 供水安全可靠性低等问题， 同时还使供水能耗偏高， 增加了供水成本。因此， 有必要针对管网漏失、供水可靠性与供水能耗等问题开展供水管网改扩建优化研究。文章结合工程实例，利用供水管网工况分析平台对供水管网改扩建工程进行优化分析计算，以实现城市供水管网交互式的工况分析， 为解决上述问题提供了有力工具。
1.供水管网工况分析平台
供水管网工况分析平台是建立在城市给水管网微观模型基础之上， 由 GIS 和管网水力模型結合起来开发而成。通过工况分析平台可以进行供水管网优化、改扩建分析[1,2]。该平台具主要有以下功能： 实现供水管网事故模拟及处理的功能， 供水管网突然出现爆管、水质污染等突发事故时， 工况分析平台一方面能够经过寻优计算， 找到最佳关阀方案， 并能显示事故的影响范围和影响程度， 另一方面通过水力计算模拟， 查找出受影响的管段和区域， 给出相应的应急预案， 以及受影响的重要用户信息； 实现供水管网优化调度的功能， 通过分析供水管网的工作状况， 掌握管网的动态运行规律，对不同工况下运行的经济性和安全性进行评价， 为供水系统的运行调度提供科学依据， 指导管网的日常调度； 实现供水管网漏失控制的功能， 漏失检测和压力控制是降低漏失的主要技术手段， 对于现阶段的技术发展水平， 管网建模是优化该降漏技术的关键方法，通过该平台可以合理的平衡管网内部压力， 降低富余压力， 降低管网漏失量； 实现供水管网水源污染事故处理的功能， 当供水管网水源发生污染事故时， 就必须停止供水以规避污染，通过该工况分析平台模拟部分水源停水时工况， 并给出事故时的调度策略， 以保证城市供水， 规避水源污染； 实现供水管网水质分析与调控的功能，该工况分析平台可在供水管网水力模拟计算的基础上，计算得出供水管网中各节点的水龄、 余氯等水质情况， 并能及时发现水质恶化的区域，进行安全分析。实现优选水质监测点定位的功能， 通过供水调度控制水质， 保证用户的水质安全。
传统供水管网优化改扩建在给水管网工况分析中存在一定的局限性。在传统改扩建过程中， 规划部门根据给水管网远期规划确定设计流量和水压， 然后布置管线。这种方式只能对个别管段进行控制。因此， 传统优化改扩建只是通过优化算法对远期规划的供水管网进行计算，这种方式显示功能差，评价功能不完善，而且无法保证改扩建后水源的平稳过渡。所以， 现有的传统改扩建方法是无法进行准确调控的。而该平台实现了供水管网规划和管网建模的一体化，通过该平台对供水管网改扩建规划进行分析，可以提高规划方案的合理性和经济性， 为规划部门提供合理、 实用的指导。
2.某开发区供水管网优化改扩建分析实例
该开发区现有 4 座净水厂。 产水能力为 18.7 万 m3/d， 加上输水管道周边开发的小水源， 水源能力可达 20 万 m3/d。现有的水源产水能力与供水生产能力相匹配， 但无更多富余量。本次规划以 2011 年为基准年， 总体规划期为 2015~2020 年。
在现状调查与收集水厂供水数据、 管网数据、水量数据等资料基础上，形成供水管网工况分析平台，该平台可以对现有供水管网进行分析评价[3]。
结合现状管网拓扑及上述模拟分析， 得出该供水管网现状主要存在以下几个问题： 各水厂联通性差， 各水厂间无明显联通管， 供水安全低； 管网中个别区域管线管径过小， 导致水头损失过大， 管段负荷过大； 管网中个别区域压力不足 20m， 尤其管网末梢处。
3 供水管网优化改扩建方案
综合专家意见及开发区的实际情况， 最终确定 2020 年城市最高日用水量为 50 万 m3/d较为合适。按照需水量预测， 远期 2020 年开发区最高日用水量为 50万 m3/d。规划管线直径选择域为{300， 500， 600， 700， 800}， 单位mm。2020 年规划 A 水厂供水能力为 10m3/d， 规划原有 4 座水厂仍然运行， 则共有 5 个供水厂。
经过供水管网优化改建模型求解， 结合扩建管网布局及管径优化， 综合考虑供水安全性要求， 最终获得 2020 年供水管网改扩建规划方案见图 5 所示。
2020 年规划供水管网满足最大时、 消防时、 最大转输时校核要求。
4 结论
通过供水管网工况分析平台， 建立了该开发区供水管网工况分析平台。利用此平台， 对现有管网的多个工况进行了分析计算， 对现有管网进行分析评价， 提出了管网存在的问题。以城市需水量预测数据为基础， 将供水管网改扩建方法应用于开发区的供水管网规划，计算出了 2020 年管网改扩建方案。所得方案满足各项校核， 改善了传统规划通过经验及技术经济比较的规划方式。
参考文献：
[1]高金良,常魁,方海恩,等.城市配水管网改造工程配水分析及其应用[J].中国给水排水 2008,(02):32~35.
[2]王俊良,郑成志,高金良.多水源供水优化调度决策支持系统开发与应用[J].中国给水排水,2010,26(10):87~90.
[3]吕谋,高金良,赵洪宾.大规模供水系统工况的建模方法研究[J].哈尔滨建筑大学学报， 2001,34(2):61~65.