基于AQUIS的供水管网水力模型建立与校核的应用案例.pdf
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1、2023 年第 3 期 7 CITY AND TOWN WATER SUPPLY输配水技术与设备基于 AQUIS 的供水管网水力模型建立与校核的应用案例李睿(同济大学环境科学与工程学院,上海 200092)摘要:介绍了 A 自来水公司的供水管网水力模型的建立与校核的过程。该模型基于 AQUIS 软件建立,并结合多种技术与方法,通过流量和压力监测点的实测值对模型模拟结果进行校验和修正,使压力和流量校验点的相对误差均在允许范围内。该水力模型的成功建立可实现对管网的多维度仿真,帮助自来水公司对管网的运行状态做出科学的评估与决策,提升自来水公司的运维管理能力和经济效益。关键词:供水管网;水力模型建立;
2、模型校核;仿真评估1.概述随着城市化进程的建设发展,供水管网也逐年扩建,为公众带来用水便利的同时,供水管网的运行问题也逐步暴露了出来。近年来,供水管道陈旧化、跑、冒、滴、漏,管网运行调度不明朗等问题都困扰着众多供水企业。大面积的管道修复、更新不仅受制于城市建设,施工难度大,并且所需的费用极高。大多数水力调度方案拟定同样过于依赖老员工的从业经验。面对结构复杂、规模庞大的城市地下管网系统,供水企业亟需建立一套科学的供水管网水力模型为水力调度、管网改扩建提供智能的技术支持和科学决策支撑。通过建立水力模型,可以帮助供水企业优化管网水力性能、保障供水质量和安全,降低供水成本和漏损风险,从而优化生产,提高
3、社会和经济效益。本文将详细阐述 A 自来水公司供水管网水力模型的建立与校验过程。该水力模型暂为离线水力模型,建模采用的是施耐德电气的建模软件 AQUIS,并结合多种技术对模型进行校核,以提高模型的精准度和适用性。当前,通过导入历史数据,该水力模型可对供水管网当下的运行情况进行分析,对供水管网中的流量、压力进行模拟,并可实现多种场景的仿真,以指导自来水公司的科学调度、安全生产。2.A 自来水公司供水管网的概况供水管网主干管长度约为 400 公里,供水服务面积约 40 平方公里,服务人口约 40 万人,用户约 20 万户。考虑到两个水厂为独立供水,供水管网相对独立、互不联通,本次水力模型的建模边界
4、为 YZ 水厂的供水范围。YZ 水厂规划日供水能力为 9 万立方米,其供水区域内的 5 座水源井总供水量约为 1.20 万立方米/天,管线总长度(DN80 及以上)约为 250 公里。YZ 水厂供水范围内设置有 7 个常规压力监测点;同时水厂和水源井也具备压力监测能力,监测点的布置可覆盖全部供水管网。2023 年第 3 期 8 CITY AND TOWN WATER SUPPLY输配水技术与设备3.A 自来水公司供水管网水力模型的构建供水管网水力模型的建立,首先应对当地地理状况进行踏勘调查,收集并整理相关GIS 数据、用户数据等基础资料。将 GIS 基础数据以 SHP 文件的形式导入水力模型系
5、统中,建立拓扑结构并对其进行排错,再对系统中的节点赋予高程值,给管道粗糙系数赋值,逐步完善管网图形和组件属性信息,并对水力模型进行初始流量分配。经过水力计算和一系列模型与数据的校验,才能使水力模型达到工况分析所需的精度,使模拟结果更加准确的趋近于真实管网的运行状况。13.1 拓扑结构的确立和修正模型拓扑结构的确立和修正是模型构建过程中很关键的一步。根据地理信息系统统一标准,利用 GIS 系统与模型间的数据转换模块,从 GIS 系统中分别提取各区块管网图形、附属设备位置及属性信息、参数等管网静态数据,通过数据导入接口直接读入管网模型中,初步生成各区块模型的拓扑结构。由 GIS 系统提取的管网数据
6、准确度和完整度要求是远远达不到水力模型所需要求的,因此还需要进行准备性的检查和修正,以保证管网的连通关系,确保管道的主要属性数据准确和完整,包括管径、管道材质和铺设年代等。2供水管网 GIS 数据导入水力模型的过程中,经 AQUIS 模型分析,同样暴露了诸多问题,例如管径信息缺失、管径信息错误、管网未联通等问题。信息缺失的管线分布如图 1 所示,据模型统计,系统中有 1205 根管线的内径为空值。部分管网本应与主管网相连,而系统中却显示为独立分布的状态。未联通管网的分布如图 2 所示,红圈内黑色管线代表该处管线未与主管网形成拓扑结构。图 1系统管径信息缺失管线分布示例图 2系统中未联通的管网分
7、布示例这些错误基本都是在 GIS 系统中已经出现或产生的,所以 GIS 系统的建立一定要考虑到建模软件对数据准确度的需求。借助 AQUIS对模型结构检查和纠错方面强大的功能,对存在疑虑的管线进行逐一排查、逐一修正,并简化部分极短管及管径低于 DN80 的管段,建立完全互联互通的管网模型,如图 3、4 所示。图 3模型管网分布全景图2023 年第 3 期 9 CITY AND TOWN WATER SUPPLY输配水技术与设备图 4模型管网分布局部图3.2 节点高程的赋值给水管网中节点的地面标高数据从 CAD高程图中提取。将 CAD 中的高程值逐个导入模型中相应图幅中,剔除部分错误数据,如图5
8、所示。根据地势实际情况,若区域内地势相对平坦,节点周围的高程值在一定范围内,则将节点周围的高程值加权平均赋给节点;若高程差值较大,则将异常数据剔除后,再予以赋值。图 5 中的黑色点均为高程点,表中的 Z(m)则为各个节点的高程值。图 5模型中的高程点分布图3.3 节点流量的分配在供水管网系统建模中,节点流量分配是供水管网模型开始运行的基础,供水管网节点流量分配的合理性会直接影响模型计算精度和后续应用效果。在实际管网建模工作中,应结合管网的特点,综合考虑管网的信息化水平,制定最为合理的节点流量分配方案。用水户的日用水变化规律则是研究节点流量计算方法的必要条件。虽然用户的用水量具有随机性,但在一个
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