摘要：闡述了水司建立給水管網微觀動態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給水管網建模標準方法。這一方法將有助于我國給水管網建模工作走上正規化和科學化的微觀道路。該方法已經成功地應用于上海市。動態
關鍵詞：給水管網微觀動態水力模型 標準方法 拓撲結構
1 水司建立網微觀動態水力模型的水力必要性
網微觀動態水力模型是指將給水系統中的一些給水設施(如：水泵、管道、模型閥門、標準 水庫或水塔等)的研究特性數據、屬性數據及水量數據輸入管網模擬計算軟件，建立進行延時模擬計 算，水管網并達到一定校驗標準的微觀模型。建立大規模城市網微觀水力模型是動態一項系統工程。
要實現配水系統的水力科學化管理，尤其是模型大規模給水系統，水司必須建立網微觀動態 水力模型，標準原因是：給水系統的規劃、設計及改擴建需要它；能指導和幫助安排檢漏工作； 管網改造優先性評估；診斷管網中的異常情況，如：錯關閥門，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，提高供水服務業務水平； 調查大規模給水系統中水打回籠現象，尋找季節性閥門經濟開度；用模型進行每天管網運行 工況分析，能增強調度員調度信心，有利于經濟調度，同時模型可用于培訓調度員；能幫助 選定管網中測點位置，優化測點布置；在管網微觀水力模型的基礎上可開發水質模型，管網 水力動態模型與SCADA系統相連，可實現在線實時調度，為進一步實現離線或在線優化調度 提供條件等等。
2 建立網微觀動態水力模型標準方法
2.1 管網分析軟件及現場測試儀器的選擇原則
選定管網分析軟件原則：
(1)與GIS、營業水費賬單系統及SCADA系統有接口；
(2)能支持多種操作平臺，支持多種輸入輸出設備，有網絡版，人機界面友好；
(3)計算管網節點數應無限，計算速度快，占內存少(15000個節點管網模型要求內存不能超過35M)；
(4)能對多種給水設施進行模擬，同一種給水設施有多種水力計算公式(尤其是管道)；
(5)具備條件選定功能，具備對某些給水設施參數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模型圖形底層，同時能對管網模型進行正常的 修改等操作。
現場測試儀器的選擇原則：
(1)水泵測試儀應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；
(2)壓力數據采集儀應能連接消火栓，收集壓力數據；流量儀能安裝在流量井里，進行雙 向瞬時流量測定，桿的振動應該小，同時具備多種規格；水位儀投入水底，應能采集水位或 深度變化；
(3)各種儀器設備及電池能防水，有時鐘、日歷及隨機存儲器，采集時間間隔應能設置， 數據容量不能少于7d(間隔15min)；
(4)采集的數據應能在測試儀的隨機存儲器和個人計算機(PC)之間相互調用；
(5)各種儀器設備采集數據的量程及精度應滿足要求，安裝操作應簡便、安全。
2.2 建網模型拓撲結構
管網模型拓撲結構的建立有兩種方法：一種是用數字化儀將給水設施數字化輸入建模軟件 ，形成點線結構的管網圖形；另一種是從給水GIS系統中按照一定的文件格式調入經矢量化 的給水設施圖形數據和屬性數據，使之在管網模型軟件里形成計算機給水系統管網圖形。不 論是用哪種方法，實際的管網圖形都要經過"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狀 管節點上，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)管網結構不能進行人工分解，平行管線不能合并；
(5)多根管道連接于同一根管道，且節點間間距小于2m，可合并為一個節點，局部水頭損 失轉化為管道沿程水頭損失；
(6)管道拐彎或經"微誤差簡化"產生的水頭損失，模型校驗時轉化為管道沿程水頭損失。
節點的選定應遵循以下原則：
(1)閥門和水泵的兩端設置節點；
(2)水庫或水塔設置節點；
(3)管道交叉連通處設置節點；
(4)管道變徑處設置節點；
(5)埋設年代不同的管道(一般在5年以上)連接處設置節點；
(6)管材不同的管道連接處設置節點；
(7)大用戶位置設置單獨用水量節點；
(8)現場測試點處設置節點。
節點和元素編碼方法：
節點和元素編碼沒有統一的規則，應該根據網建模給水區域的具體情況而定。節點 和元素的編碼應用有限的位數盡量反映多的信息量，模型軟件里允許的節點和元素編碼一般 各為8位字符，信息量一般包括：給水設施類別、使用年代、材質、區域、圖紙號等。這樣 一來，便于管網模型的更新和校驗，便于對實際管網的操作、保養和管理，也便于工程應用。
給水GIS里的節點編碼方法一般與管網模型里節點編碼方法不同，如：給水GIS里的閥門、 水泵等，只有一個編碼，而管網模型里將任何單個給水設施兩個節點，一個元素編碼；考慮 雙方接口時，應考慮節點和元素編碼在兩個系統之間的相互轉化或生成方法；如給水設施是 利用數字化板輸入，那么節點和元素編碼是直接手工輸入管網模型軟件。節點的高程、管道的公稱直徑應從GIS系統里轉入到管網模型，或手工直接輸入，管道公 稱直徑轉化為實際直徑應在管網模型軟件里采用條件整體改變方式完成。
2.3 現場測試
現場測試的目的是為計算給水區域或系統的總用水量、節點流量及校驗管網動態水力模型 提供數據。SCADA系統或遙測系統返回的數據一般不能滿足建模精度要求。
現場對給水系統任何檢查和操作，都應該遵從給水系統有關安全操作程序，絕對不能影響 正常的日常供水秩序；對閥門或水泵的操作，必須得到有關責任部門的批準，并協作完成。
2.3.1 測試前的準備工作
(1)整理分析用戶用水量賬單數據，選定要現場讀數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，要調查每周工作天數，每天的工作時間，工作班制， 是否有廠內蓄水池，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目一般應不少于總用水量節點數目的15%或總節點數的10%；為了滿足系 統的測試及模型校驗的要求，在某些主干管或區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，內腐蝕，口徑不規則；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目如表1；
表1 不同管徑測試點總數目
管道口徑(mm) | 點數 |
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)對管網中非全開或全閉閥門進行轉數校驗，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)設置儀器測試參數，貼上防水標簽，一個儀器對應一個測試位置；
(9)進行現場測試人員培訓；
(10)制定現場測試計劃安排。
2.3.2 現場測試
按照制定的現場測試計劃，儀器設備按操作規程進行安裝，測試期間應注意以下問題：
(1)測試儀器的系統時間設置應統一，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，管網中不應該出現有較大的工程，如：沖洗消毒，管道改接等；
(5)水庫、水塔和集水井水位數據采集時間間隔為5min，其它為15min；
(6)測試期間，對關鍵的測試點一天檢查一次，發現問題，記錄下來，進行檢修或用 新的儀器替代，重新設置有關參數；
(7)大用戶調查、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。
一旦現場測試完畢，將所有儀器設備按照設備操作規程收回，并將所有數據轉輸到計算機 ，分門別類保存；分析測試數據結果，同一點如有遙測數據，可參考對比，對異?，F象 進行調查，找原因，對個別異常的重要點需重新再測試。
