建立上海市计算机给水管网动态水力模型

建立上海市计算机给水管网动态水力模型研究论文名称：建立上海市计算机给水管网动态水力模型研究

作者：陶建科

摘要：计算机给水管网动态水力模型能为给水管网的规划、设计、优化控制和科学管理提供可靠的信息来源；本文阐述了建立上海市计算机给水管网动态水力模型的研究方法，实践证明是成功的，具有重大的实践意义。

关键字：给水管网动态分析水力模型现场测试校验上海市自来水公司供水系统是世界上最大的供水系统之一，由16座水厂、42座泵站和6300km的供水管线组成，供水区域为690km2，装有220万只水表。1998年日最高供水量为650.1×104t。近年来，随着上海市的高速发展，给水管网的改扩建及给水管网的日常操作管理引起人们的关注。

上海市给水管网的改扩建主要指由于上海市区向郊区延伸，原有的某些给水设施(泵站、水库等)不合理性日益明显，引起了宏观规划问题；由于大量的低层房屋被高层代替，局部用水量增加，引起了局部用水量的规划问题。长期以来，上海市供水管网的日常操作(主要指水源调度、管网的维护和更新)主要是凭借经验，而不是建立在科学的理论体系之上。

建立计算机给水管网动态水力模型(包括计算机给水管网宏观动态水力模型和详细动态水力模型)，是解决这个问题的最有效手段。宏观动态水力模型主要用于上海市给水总体规划活动的分析，包括优化现有的给水设施，规划新给水设施，为上海市供水系统的改扩建提供宏观的、总体的分析策略。详细动态水力模型主要用于上海市供水系统的日常操作、维护和更新的活动分析，包括为管网的更新和维护提供科学的操作管理方法，为区域性的给水管网规划、设计和更新的优先性评估提供科学依据。1研究方法1.1建立计算机供水管网图形［1、2］

计算机供水系统管网图形应该包括供水系统中的所有供水设施及其图形数据和属性数据(如管道直径、节点标高、位置坐标等)。一般有两种方法建立计算机供水系统管网图形，一种是用数字化板将供水设施数字化输入管网建模软件，形成点线结构的管网图形；另一种是从供水地理信息系统(GIS)中按照一定的文件格式调用供水设施的图形数据和属性数据，使之在管网建模软件里形成计算机供水系统管网图形。

上海市供水设施的数目大，计算机供水系统管网图形中节点数目过多，根据建立供水管网模型的用途不同，制定了取舍管线的原则：宏观动态水力模型中应该包括直径≥500mm的管道和部分水力条件重要的小管道；详细动态水力模型中应该包括直径≥300mm的管道和部分水力条件重要的小管道。形成计算机供水系统管网图形后，经“微误差简化”，建立起浦西地区计算机供水系统详细模型管网图形。

1.2现场测试

现场测试的目的是为计算供水系统的用水量、节点流量及校验管网动态水力模型提供数据。

建立上海市给水管网动态水力模型过程中的现场测试由三部分组成：测试供水系统压力和流量值；大用户用水调查及现场24h读表实测；测试水泵的特性参数。要求前两个部分的现场测试同时进行。总共进行了十次大规模的现场测试，第一次测试的目的是为了解给水管网当中水流的大致流动方向及压力分布情况，为选择模型现场测试点提供参考；后九次是为给水管网模型的校验提供原始数据。由于受仪器数量的限制，在现场测试过程中，将浦西地区给水管网宏观动态水力模型的测试分为南区、北区和中区分别进行，同时又将南区和中区各分为三个子区域进行现场测试，北区的管网结构比较简单，只进行宏观动态水力模型的现场测试。

以上海市1996年10月用户用水量数据库为依据，对用水量>15000t/月、占总用水量32.5%的972家大用户进行同时现场24h抄表，对用水量为5000～15000t/月、占用水量15.9%的1826家工业用户进行工作班制和用水特点调查，为计算不同工作班制工业用户的用水模式曲线提供数据［3］。

水泵使用的时间过长，原有水泵的水力特性参数会发生变化，建立管网动态水力模型时需要重新测试。建立上海市给水管网动态水力模型的过程中，共测试了209台水泵。

1.3节点流量的计算方法［3、4］

上海市给水管网动态水力模型中节点流量的计算是基于大量的现场实测数据、大用户现场读表数据和用户每月读表抄见数数据库。节点流量的计算方法见图1。1.4管道阻力计算公式

管道阻力计算公式一般采用海曾-威廉(HazenWilliams)公式或柯尔勃洛克-魏特(ColebrookWhite)公式。流速范围在0～0.9m/s时，两公式的计算结果很接近［5］；对于高雷诺数的高速水流，海曾-威廉公式的误差增大，流速为1.5m/s时，水力坡降误差有时超过20%［6］。在用水高峰时，很多管道的流速超过1.5m/s，因此选用柯尔勃洛克-魏特公式计算管道的阻力。1.5管道绝对粗糙度

经整理分析，上海市大量的供水系统管道壁切片的绝对粗糙度数据见表1。沙表宽1悉竞上谅海宅市傲供立水英系宏统兽管沫道血绝垒对亡粗探糙省度叫管衫材克管没道家绝板对泻粗叠糙吧度

兵（羊m疼m姐）饲取优样铸年膏每蜘年疏增棵长故比帐例脖1合9顽8卫0聚年丈前忘1旧9鸭8葛0条年蓬后驾钢沃筋液混殊凝刮土鲜管扔2谎.涛5骑5诉1立9寸3叮0赛0兴.宜0喷2烫5饶0甲.贱0岩7策5仗铸笋铁臭管垒有夺内仓涂养层盟1播.扶6办3全1食9蛙3雄0歉0庆.删0兄2果5节0鉴.耐0门7湖5害无翅内塘涂示层叶1没6挑.愿4皂0辰1或9恳3圾0井0勉.倘2哨5敞隶钢舌管井有璃内壤涂碎层鸡1付.够5核4刚1铅9域6当7潮0疗.缴0胡2扮5泉0参.太0趣7闸5弓无便内采涂偶层程1限6绑.剥3隙1欢1某9纵3坟0石0捞.撑2扔5济1.6模型校验点的选择和校验结果

1.6.1模型校验点的选择

对于大型供水系统管网模型而言，模型校验点的选择应遵循以下原则：

①模型校验点的数目应占模型节点数目10%以上。上海市供水系统管网模型校验点的数目占模型节点数目15%左右。

②模型校验点要均匀地分布在管网模型中。

③模型校验点的水力参数值要有代表性，能够控制管网模型在该校验点局部的水流流动情况。

1.6.2校验结果

上海市给水管网动态水力模型的计算值和现场测试值吻合很好，

表明该模型模拟了管网中水流在测试天的真实流动，见表2。锡表盐2姜迷上言海贩市镰给芒水隔管俯网宣动丧态倒水椅力考模疯型饼的盲校当验达结道果惜项衫目输参敏数闸参英数模的吧校博验富标肥准灾校异验泥结坡果赞管碗段拖流易量仅流该量辈大慌于枯用羊水侄量安1签0均%勾的末管酱段芒实炼测降值朋的治±浴5鬼%堂0洒.虏6球%钓流牌量绣小垦于悦用影水山量聋1疑0珍%良的毕管山段扫实怕测纽值涨的之±理1曾0烂%逮1猾.明3截%悲节馒点群压椒力熔1塑0渔0技%到的洞校宣验诊节粒点夫实奶测缓值较的蒜±凶3慌9腔.科2绪1湾普k敢P岗a印1挨0幼0升%遭8自0北%晴的吊校堵验背节椅点怀实桐测盈值炎的业±森1叨9拣.卫6闷k达P吧a于9想7岂%泉5饭0翁%嫩的析校公验竟节遭点裤实恳测窑值箭的穴±秀9姓.箱8对k搜P学a娃8探2助%恼水匹库倚水中库扑水胞位绳实鸦测愿值缩的没±活5响%抖0粗.液1泳%典1裤.尽7蹄挠水妥力缺模幻型王的蚂维呜护印和仪更拴新

摘漆甘给漂水精管折网娇动促态酒水询力运模稼型各的临维指护惹和营更医新现工割作根主叛要售包穴括届：甜在秒管继网饰模居型眠中川增杯加猎新声的土或酸删沸除迅废傲弃待的撕给乖水蔑设目施楼、澡更立新剪节性点滨流骗量汉和限调各度死操寨作穗方轮案协等瓦。勇2尘第实蝶践俗意朗义乞眯静上悄海既市惊给姑水指管隔网状动蔽态切水崖力蛋模束型秀已剂投桶入泊应条用愧，燕效赞益慈良钢好卸，慌具限有怀重四大冒的锄实绸践绸意秋义病：邮

鸦园白①馒滩第旋一泡次搜将哪大亏型牙供铃水羊系氏统艰输音入尸计员算鬼机矿，传并耳建暑立裤起固管转网桃动接态掠水亭力圈模殖型谣。挎

挤亚膊②沈生能哄够押指为导秩管闷网堵系棕统脊的屑日任常适管这理星工间作响，据如摔：供避井免抛出燥现坛管象网猴中外水灿打崭回京笼循，停协夏助门检补漏鸽工棕作猴，谣寻仁找舟较楼优耽的述季喷节学性独阀笔门嚼开信关否状伶态全，袋指熊导株管筐网体改吐扩满建涂工巷作语等凯。默

背捡寸③粮眨能棵够停有增效申地仙分德析赔用帽户临用愚水斜中寇存庸在秃的隐主喇要守问舟题卫，军有阳针振对神性敞地吉提私出阔解爸决贞方彻案没。求

垂减屠④躁引通昌过愁模稻型期掌个握痛水菌流菌的揉真啄实版流深动母状痕况楼，励以伴利约于觉对袋大小型毒供赠水锻系恭统等进词行泰管学理前和挡调脂度叙。聚

蜡牙我⑤南单为永上皂海遗市垒自材来窑水稼公瞒司统供填水烟系新统争开肺发追实薪时应在蔑线抄调克度泽模漂型影提矩供茄了漏基芒础蛇。丙管诊网敏动傻态休水所力箩模抗型膨与敏S腥C毕A智D把A束系姿统殿相蓄接斧，敢实址现霜实坟时渗在劣线租优森化水调罚度葬，饮还巩有痰待插进交一跌步侦研架究祸。影参犁考吼文贴献贫开胡1斩栽A旋n拦g详l熊i欠a窃n肝漠W驱a浪t注e册r响蓬S尝e锻r病v宝i秧c朱e跌s支.霞S弹t肾a蝶n暑d逆a号r撑d只复M弯e提t疤h阵o盏d鸡o峰l参o我g再y拢象f份o亮r哀锋N坝e院t英w它o鞋r楼k枪估M施a繁n呜a浮g融e姜m匹e航n贪t捎.秘1蠢9课9控4

虹慰音2绞也陶夺建灶科胖等渔.唤建积立趋计方算奶机捆供背水正管臣网趁图兴形辞和父在况地共形镰图狂上余划哨定医节嫁点扣流权量换区含域扇的福方损法己.蹲给汉水挤排河水少，炼1棒9膛9喊7诉；苍2倦3蚁(鹿6朽)县：影5劣～照8

印耽夕3坚馅陶暮建敬科在.京建痒立缘给泡水喝管仗网扁动碍态粮模驶型割中宇的朱水抖量捎分闷析胆方茄法网.接给针水差排纳水刑，平1啦9请9绘8蓄；于2蜂4呀(护1排)下：浓2申6黑～络3搅0

似赢酒4院轧W扮a真t婚e迈r睛盯A氧u价t士h答o净r龟i裹t批i罗e榆s崖搬A说s鞠s慕o沾c庸i燃a崭t乔e惭s熊/玩W职R去C嗽.获N匀e没t世w首o免r笼k垦楼A伤n胸a衬l藏y串s丽i娃s很生A鼓引C都o存d耳e剑浙o汽f波哥P雄r显a拆c脑t村i乳c疫e合.趁1碗9樱8泰9

摘托刑5仆境L肿a妥m执o淋n恼t房准P抽局A妨.饥C抛o计m熔m蚁o溉n脂剥p壁i羽p宪e黑针f侍l辩o瓜w颗斜f各o固r罩m求u态l络a速s堪困c赤o咸m栋p美a负r午e症d腾吗w蒙i裂t通h率犹t土h旺e胀映t器h少e佳o靠r三y暖伤o种f杰骡r覆o物u榴g脖h丢n捡e溜s陶s枪.配J卫o敬u沟r添n慢a乎l喷筹o课f救鲁A花W梨W虹A责,磁1脾9幼8页1

晴皮讲6