城市供水管网分区供水技术研究

冯斌

摘要：改善水资源管理、减少水资源短缺是可以保证水资源的重要途径，因此，供水管理工作做的是否合格，将会对企业的运行状况起到很有效的作用。大量的实践研究认为，传统的水资源管理方法已不能满足当前人口的生活需要，甚至限制了供水方面的长远发展，目前有越来越多的供水企业认识到供水管网分区计量管理的重要性，本文基于城市供水管网分区供水技术研究展开论述。

关键词：城市；供水管网；分区供水技术研究

引言

城市化进程进一步加快，城市人口大幅增长，供水需求越来越大。如何提高用水安全，保障用水质量成为了供水行业发展的重点。然而，在城市供水管网分区当中，仍存在诸多影响因素，严重影响管网分区的质量和成效。为此，开展城市供水管网分区供水技术研究具有重要的现实意义。

1关于分区计量的基本介绍

随着城市的快速发展和日益紧张的水资源开发，城市供水管网传统的经验调度形式已无法满足当代科学化管理管网的要求，以计算机技术和数学模型作为基础的管网优化调度模型是管理供水管网的重要技术手段。在水质、水量以及水压等基础上，通过建立模型达到节水和节省费用的目的，以提供科学化的供水管网管理模式。分区计量的规划工作以最基础性的供水系统和管网布局为基础。在实际规划独立计量区域时，最重要的因素是区域用户数的管道长度与实际情况相匹配，所以在这项工作开始之前最重要的一步就是根据用户数计算区域内的用户数和管道长度。此外，每个地区的用户数量往往需要工作人员进行准确的信息收集，并从中不断提取相关经验。这类工作必须要符合城市发展的实际情况，因为我国城市人口密度较高，所以在进行规划工作时，有必要认真仔细核对相关用户数量或长度管道等的基本信息，以保证配给每个区域的测量范围更符合我们发展的现实情况。此外，各种问题需要适应城市发展的实际情况。其次，现场建设条件需要提前进行确定，一旦划分规模有了相关的设计方案，测量装置也需要符合政府规定的标准，在对一些问题处理时还有可能需要安装新的管道或阀门，所以我们需要对此项问题不断有效地进行实施和规划，如果研究发现当地没有相关的建筑条件，就必须对分区计量规划方案进行相应的调整。

2供水管网计算分区方法的比较

1）DFS-PCC从能量的角度进行分区。此方法在区域供水特征明显、树状特性较高、控制元件数较多的案例上能得到较好效果，且易于选择控制元件所在管道作为联络管；但对于区域供水特征不明显、环状特性较高、控制元件数较少的案例，会造成联络管数量过多，经济性下降。此方法较适用于设计合理、已有潜在分区结构的管网。使用此方法可得到分区数的选取范围。2）CNM和GA-SC从拓扑结构的角度进行分区。两方法可根据收集的信息和管网特征灵活选用无权或赋权形式，对分区所需信息要求较少。CNM所得结果中联络管数量较少，对于一些区域特性明显、树状特性较高的案例分区效果很好。但对于区域特性不明显、环状特性较高的案例，可能导致区域规模严重不均。此方法时间复杂度较低，适宜快速产生大型管网分区方案。使用此方法可自动确定分区数。3）GA-SC在连接特性和环状特性不同的5个案例中都能得到较高的模块度、较少的联络管数量，总体适用效果良好。此方法区域节点数均衡性最佳，较适用于以区块化管理为目的的分区。对GA-SC赋权有助于对区域供水特征不明显的案例进行联络管的选择。使用1/q权的赋权形式分区，可选择流量和流量波动性相对较大的管道作为联络管，以便为流量计布设提供参考。当区域特征明显时，使用此方法易于确定分区数。分区时，应结合管网特征合理选择上述方法。实际工程中，由于受到多重条件制约，分区方案的制定更加复杂。

3漏失机理

最原始的漏失机理技术将漏失行为简化为孔口出流，使用托里切利方程模拟，但显然漏失行为比孔口出流更复杂，应用孔口出流模型导致漏失率对压力敏感性比实际值低，导致模拟偏差较大。试验表明，水压对于漏点面积也有明显影响，漏口变化面积也需要纳入考虑，故Ｋｈａｄａｍ等在孔口出流理论基础上提出了ＦＡＶＡＤ模型。为使该模型更准确、更实用，许多学者对它进行改进，研究发现漏口面积与压力成比例增加，将压力对漏口面积的影响用线性方程表示，代入ＦＡＶＡＤ模型，使自变量只有水压，让水压漏失量关系更简单直接。孔口出流模型和ＦＡＶＡＤ模型涉及参数较多，在实践中很多参数无法确定，故出现了仅有节点水压、漏失系数、漏失指数３个参数的简单有效压力管理指数模型，该模型可利用ＥＰＡＮＥＴ中ＥＭＩＴＴＥＲ功能（扩散器模型），嵌入ＥＰＡＮＥＴ中，从而可模拟供水管网中漏失量。不同漏点水压对于漏失量影响程度通过漏失指数大小表示，漏失指数取值范围较大且受多种因素影响，认为管材是主导影响因素，此外还有很多学者研究了漏口大小、漏口形状、埋设土壤条件等因素对不同管材漏失指数的影响。传统水力模型是需求驱动节点流量模型，不区分节点流量类型，但实际中存在一定时段内节点流量与供水压力无关（如水箱式冲厕用水）以及与供水压力有关（如淋浴用水）两种情况，因此需将节点流量进行分类。压力驱动节点流量模型最初在１９８０年提出，随后许多学者针对节点流量过渡态、分界点处函数连续性、计算求解收敛性等问题对该模型进行了改进。

4水质条件

在DMA分区供水时，往往需要将计量区域边界上的阀门关闭掉，这种情况下，将减慢管网区域边界位置水的流速，增大水龄，导致大量死端产生于管网末梢处，基于长期滞留等因素，死端水质将变差，严重影响管网水质质量。当DMA阀门数目增多，将会大幅影响管网水质。一般情况下，可利用管道冲洗等方法解决水质恶化等情况。通过定期冲洗，可以将管网末梢死水更新换掉，从而提高供水水质。

5管网漏损水平

管网分区供水的主要目标是为了有效做好管网漏损控制，因此，在择优选择分区方案时，应将管网漏损水平摆在第一位。管网漏损水量计算，一般可采用最小夜间流量法。在计算中须确定AZP点，即管网平均压力节点，此节点值应接近管网加权平均值。在具体操作中，可根据管网实际状况，合理选择AZP点。目前，常用的方法包括2种:①压力最接近管网所有节点压力流量加权平均值的点。②高程最接近管网所有节点高程流量加权平均值的点。

结束语

城市建设离不开供水系统，完善供水管网系统对美化城市、塑造城市形象具有重要意义。城市供水管网分区供水技术的应用，可以有效监控管网漏损情况，大幅减小产销差率，完善城市供水系统，推进城市化建设事业可持续发展。

参考文献

[1]徐锡荣,顾卫东,王洁.基于分区计量的城市供水管网漏损识别数据分析系统设计[J].中国市政工程,2019(06):53-57+105.

[2]薛骁,黄慰忠,周立典,信昆仑.基于Metis库的供水管网自动分区软件设计与实现[J].中国市政工程,2019(05):57-59+107-108.

[3]李化雨,吴珊,侯本伟,程玉林.基于CiteSpace软件的供水管网计算分区文献计量分析[J].净水技术,2019,38(09):75-82.

[4]费战波,彭泳凯.基于物联网监测的供水管网分区建模技术研究[J].给水排水,2019,55(09):124-127+132.

[5]常魁.城市供水专项规划中管网分区方法探讨——以哈尔滨市供水专项规划为例[J].净水技术,2019,38(06):46-50.