T-CUWA 20059-2022 城镇供水管网模型构建与应用技术规程

城镇供水管网模型构建与应用技术规程Technicalspecificationofmapplicationsofurbanwaterdistributionnetworks中国城镇供水排水协会团体标准城镇供水管网模型构建与应用技术规程Technicalspecificationofmodapplicationsofurbanwaterdistributionnetworks中国城镇供水排水协会公告编号T/CUWA20059—2022,自2023年4月1日起实施。本标准由中国城镇供水排水协会组织中国计划出版社出版中国城镇供水排水协会2022年12月14日根据中国城镇供水排水协会《关于印发<2021年中国城镇供水排水协会团体标准制订计划>的通知》(中水协〔2021〕9号)的要求，规程编制组经广泛调查研究，认真总结国内外科研成果和大量管网数据、离线模型、在线模型、模型验收、模型应用和更新与维护。本规程的某些内容可能直接或间接涉及专利，本规程的发布机构不承担识别这些专利的责任，对所涉及专利的真实性、有效性和范围无任何立场。本规程可能涉及必不可少的专利，编制单位承诺已确保专利权人或者专利申请人同意在公平、合理、无歧视基础上，免费许可任何组织或者个人在实施该规程时实施其专利。本规程由中国城镇供水排水协会标准化工作委员会归口管理，由东华大学负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送至东华大学(地址：上海市松江区人民北路2999号，邮本规程主编单位：东华大学哈尔滨工业大学本规程参编单位：同济大学上海城投水务(集团)有限公司广东粤海水务股份有限公司北京市自来水集团有限责任公司天津水务集团有限公司深圳市水务(集团)有限公司城市水资源开发利用(南方)国家工程研究中心北京工业大学上海三高计算机中心股份有限公司天津三博水科技有限公司上海慧水科技有限公司BENTLEY软件(北京)有限公司哈希水质分析仪器(上海)有限公司上海威派格智慧水务股份有限公司深圳拓安信物联股份有限公司浙江和达科技股份有限公司宁波水表(集团)股份有限公司杭州山科智能科技股份有限公司安徽舜禹水务股份有限公司青岛海威茨仪表有限公司金卡水务科技有限公司三川智慧科技股份有限公司天津尚源智慧科技有限公司上海市水务规划设计研究院苏州市自来水有限公司福州市自来水有限公司厦门市政水务集团有限公司佛山市水业集团有限公司上海市自来水奉贤有限公司韩宏大鲍月全费霞丽闫继民谢善宾韩冰戚雷强侯英娜安淑萍楚文海胡绍水姜帅公为朋郑成志高新磊李霞施银焕陈志宏何新宇王子袆丁正明刘辛悦骆泽旭王如华邱文心王强张志果刘海星 1 2 4 64.1一般规定 64.2硬件 6 6 95.1一般规定 95.2静态数据 95.3动态数据 95.4数据格式与接口 5.5数据评估与处理 6.1一般规定 6.2模型构建 6.3模型校核 7.1一般规定 7.2数据处理 7.3模型构建 7.4模型校核 8.1一般规定 8.2运行测试 8.3精度评估 9.1一般规定 9.2规划设计应用 9.3运行调度应用 9.4水质模型应用 2110.1一般规定 2110.2模型更新 2110.3模型维护 22 引用标准名录 24 25 1 2 4 6 6 6 65Waterdistributionnetwork 9 9 9 9 7.1Generalrequirement 7.2Dataprocessing 9.1Generalrequirement 9.2Planninganddesi 20 20 21 Explanationofwordinginthisspecification 23 Addition:Explanationofprovisions 1.0.1为规范城镇供水管网模型构建与应用的技术要求，制定本规程。1.0.2本规程适用于城镇供水管网离线模型系统和在线模型系维护。1.0.3城镇供水管网模型构建与应用除应符合本规程的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。2.0.1管网模型waterdistributi2.0.3水质模型waterq2.0.8实时模型real-timemodel实时进行管网运行数据自动更新与自动仿真计算的在线模限制，延迟时间在5min以内的在线模型均可认为是广义上的实3.0.4供水管网基础数据和运行监测数据应在数据层统一管理和更新，地理信息系统(GIS)、数据采集管网模型等信息系统应从数据层调用最新数据开展相应的应用4.1.1管网建模工作应配备相应的软硬件系统，并应符合下列5.1.1供水管网模型构建前，应按通用格式和接口要求进行相关数据收集和整理，并应对现有相关信息系统进行调研。5.1.2供水管网水压、水量和水质等在线监测应符合现行行业标水水质在线监测技术标准》CJJ/T271的有关规定。5.1.3对收集到的数据应进行有效性判断和规范化处理，处理内容应包括数据甄别、评估和清洗；必要时应进行现场踏勘和补充测试。5.1.4对模型数据的编辑修改，应有依据并留存相应记录，并可追踪源头和责任人。5.2.1管网静态数据宜通过管网GIS系统获取，包括水厂泵站、管网拓扑结构和属性信息等。5.3.1管网动态数据宜通过SCADA系统和相关监测系统获取。数据采集时间点和间隔应统一，间隔宜采用5min～15min。5.3.2水量动态数据宜通过营业收费系统、流量监测系统及现场调查等多种方式获取。5.3.3供水管网运行监测数据宜包括水厂泵站、中途增压泵站、5.4.1相关业务系统的数据保存应采用通用的数据库格式或5.4.2相关业务系统运行数据的保存时间间隔、起始时刻应统6.1.1离线模型宜在供水管网GIS系统、SCADA系统和营业收费系统的基础上构建。6.1.2离线模型构建的步骤宜包括：数据收集与质量评估、数据批量处理与输入、拓扑复核与数据核定、水量分配与模式导入、参数测定与初始赋值、模拟选项与系统设置等。6.1.3管网模型参数测定应选择少数典型样本进行测试，通过归纳分类、数据拟合等用于模型参数设置。充和完善管网拓扑结构及属性数据。6.2.2管网模型水量分配宜结合分区计量管理系统，在多级计量分区内逐级细化分配。大用户表或小区总表在线监测水量数据应作为用水节点的用水模式，无用水监测曲线的用户应根据用水类型和实际情况采用归纳分类的用水模式。6.2.3水量空间分配宜通过营收数据和管网拓扑等进行定位、回溯，水量时间分配宜通过远传水表连续采集的用水模式进行细分。6.2.4采用人工定期抄表的，水量时间分配宜采用同类型典型用户用水模式，或抽取典型用户测定用水模式曲线；用水模式类型应6.2.5供水管道摩阻系数的测定应选择典型管道开展，通过数据拟合用于摩阻系数初始值设定；不具备测定条件的，取值可按表6.2.5确定。的铸铁管混凝土管、焊接钢管、陶土管6.2.6测定水泵特性曲线时，宜对水泵进行全流量区间测定；无条件进行全流量区间测定的，可采集单泵运行区段的流量、压力数据进行主要工况范围内的特性曲线拟合。6.2.7应进行节点高程异常数据检查，核实关键节点和压力监测6.2.8建立管网余氯衰减模型时，应对各水厂出厂水的水体反应系数K,进行测定，宜在恒温箱中测定0℃~35℃水温范围内的K₁值，温度步长宜取5℃。6.2.9管网动态模型的时间步长宜采用5min～15min,实时模型的时间步长不应大于5min。6.3.1应对现状监测点及数据质量进行评估，数据完整可靠的现有监测点宜作为模型校核点；对有疑问的监测数据应进行现场核实，并应在现状监测点基础上完善校核点布点方案。6.3.2压力校核点数量应符合现行行业标准《城镇供水管网运1供水量100万m³/d以上规模的管网宜取100个以上的2供水量50万m³/d～100万m²/d规模的管网宜取50个3供水量50万m²/d以下规模的管网宜取30个以上的节6模型精度评估、误差特征与误差源分析、误差合理性解6.3.5余氯衰减水质模型校核应在水力模型达到预定精度的基7.1.1在线模型应建立在离线模型的基础上，且应有确保在线模型网络安全和数据安全的措施。7.1.2在线模型应具备的基本功能包括：定时自动计算、动态数7.2.1建立在线模型的基础数据应符合本规程第5章的规定，数据分类与更新方法应符合表7.2.1的规定。自动更新管网拓扑等静态数据、节点水量的7.2.2动态数据的采集和发送频率应根据在线模型应用场景的1实时模型的动态数据采集与发送时间间隔不2在线模型的动态数据采集的传输频率应高于模型的计算频率。7.2.3在线模型每次计算时，边界条件的数据及时率宜达到90%7.3.1管网在线模型应在离线模型的基础上，与SCADA系统、7.3.2管网在线模型的用水量计量应以精确定位的远传水表或7.4.2在线模型的精度宜满足每季度至少连续7d不低于离线模8.1.1管网模型验收内容应包括数据完整性、软件易用性、运行稳定性、模拟准确性和系统安全性等，验收主要环节应包括模型运行测试和精度评估等。8.1.2应根据不同管网规模和模型用途确定校核点数量，校核点设置应符合下列规定：1压力校核应在管网压力变化较大的区域、高压区、低压区等位置设置校核点；2流量校核宜选取满足经济流速的出厂管、转输管道和输配水干管等作为校核点；3水质校核应在市政管网的水质敏感区、重点保障区、管网末梢、人口密集区、主要供水路径沿线、不同水源供水分界处等位置设置校核点。8.1.3校核点的数据宜采用同时覆盖不同工况的多日连续数据。8.1.4模型验收前宜对模型精度进行评估。8.1.5应根据水务行业信息化项目验收程序对管网模型项目进行验收，模型精度评估不满足要求时应查明原因并整改。8.2.1完成管网模型构建后，应进行模型测试，模型测试应包括下列内容：8.2.2在线模型宜连续进行3个月的运行测试，并应编制测试报8.2.3当系统报错时，应根据报错记录查明原因，修改错误数据，并应根据实际情况调整相应参数设置。8.3.1漏损率达标的供水管网系统，管网模型精度应符合现行行业标准《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》CJJ207的有1动态模型模拟结果曲线应与监测数据曲线趋势一致；2在线模型的精度应符合本规程第7.4.2条的规定。8.3.2管网漏损率不达标的，模型精度宜符合表8.3.2的规定。既有管网干管压力校核点多时段绝在0.04MPa范围内的个数应占总数的个数应占总数的既有管网出厂流量多时段相对误差15%范围内，干管流量校核点多时段相对误差均值(ð)控制以上段绝对误差均值(g)田内的个数应占总数的80%以上，控制在0.01MPa范围内的个数应占总数的50%以上出厂流量多时段制在10%范围内，差均值(ð)控制在15%范围内的个数占总数的80%以上续表8.3.2(余氯模型)段绝对误差均值(e)围内的个数应占总数的80%以上，控制在0.01MPa范围内的个数应占总数的50%以上出厂流量多时段合经济流速的输配点多时段相对误差范围内的个数占总氯(或总氯)浓度多时段相对误差均值(a)控制在15%范围内的个数应占总数的80%以上8.3.3动态模型多时段平均误差应采用各时段误差绝对值的平9.1.4模型方案分析的数据文件与技术报告应在模型应用档案9.2.1可应用管网模型进行供水管网系统多种规划设计方案的9.2.5管网分区方案宜采用模型进行复核，复核内容应包括流9.3.1供水单位可通过管网模型全面了解供水系统在不同工况9.3.3可利用管网模型辅助开展漏损控制，包括监测点优化布10.1.3模型更新与维护应分为日常局部数据更新与系统维护、阀门操作后5min内更新。10.2.5管网在线模型中，管网新增区块、区块水量、营收账务等数据宜在1个月内进行更新。10.3.1管网模型维护应包括数据质量维护、软硬件系统维护、模10.3.2宜每半年对管网离线模型进行一次整体更新与精度维护。10.3.3宜每季度对管网在线模型进行一次模型校核与精度维护。本规程用词说明1为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：中国城镇供水排水协会团体标准城镇供水管网模型构建与应用技术规程 2022,经中国城镇供水排水协会2022年12月14日以中水协标字编制组对国内外智慧水务和管网建模相关情况进行了调研， 31 32 33 364.1一般规定 4.2硬件 36 36 375.1一般规定 5.2静态数据 5.3动态数据 406.1一般规定 6.2模型构建 6.3模型校核 417.1一般规定 7.2数据处理 417.3模型构建 7.4模型校核 438.1一般规定 8.2运行测试 8.3精度评估 469.1一般规定 9.2规划设计应用 9.3运行调度应用 9.4水质模型应用 46 10.1一般规定 10.2模型更新 4710.3模型维护 2.0.1一般情况下，供水管网模型特指微观模型。以模拟对象划分，供水管网模型分水力模型和水质模型；以数据及时性划分，管网模型分离线模型和在线模型，其中，离线模型又分静态模型和动态模型，在线模型分实时模型和非实时模型。2.0.7、2.0.8在线模型和SCADA系统对接，定期自动更新模型动态数据并进行模型计算。如果SCADA系统的数据采集和传输一次的数据更新和模型计算。由于阀门操作等管网维护数据上传和传感器实时数据传输的限制，延迟时间在5min以内的在线模型均可认为是广义上的实时模型。因此，供水管网维修养护时宜利用移动App等工具在5min内及时上传阀门操作和管网状态变2.0.11数据及时率的计算公式如下：例如，共30个边界条件数据，在15:00时系统接收到27个数据，则在15:00时数据及时率为90%。3.0.2供水管网信息化系统主要包括GIS、SCADA、营业收费、客服热线和管网模型等系统，其中，GIS、SCADA、营业收费等系统是建立管网模型系统的基础。供水单位应在评估现有条件的基3.0.3供水单位根据信息化基础条件和应用需求，遵循先易后难的原则循序渐进建设管网模型。应用层次主要包括规划设计、状态评估与运行调度、水质模拟等，不同简化程度的管网模型满足不同层面的应用需求。针对不同的数据基础和应用需求，建立不同简化程度和不同精度等级的管网模型。有条件的可一步到位建设一个高精度的管网模型，可同时满足规划设计、状态评估与运行调度、水质模拟等应用需求。针对不同的实际情况和应用需求来确定开发何种管网模型，主要从以下几个方面考虑：(1)GIS管线数据的完整度和更新及时性；(2)营业收费、分区计量及远传水表数据的覆盖度和颗粒度；(3)SCADA数据的覆盖度和颗粒度；不同层次管网模型的数据要求与典型应用见表1。典型应用状和规划设施，应进行最高日最高时、消防时、事故时、最大转输时等关键工典型应用供水管道，以及水厂、泵站、调节阀门、瓶颈管道识别、运行问题诊断、制作调度预案、辅助科学调度、应急辅助供水管道，以及水厂、泵站、调节阀门、水池等现状设施，宜包括必要的小区拟和在线模拟，以及特定水质指标的3.0.4供水管网相关数据在数据层统一管理和更新，各系统从数据层调用数据开展相应的应用分析，避免各系统重复对相关数据进行更新维护。感知层、传输层、数据层、应用层是智慧水务标准术3.0.5有计量的用户用水量数据是节点水量分配的基础。对于未定位、未计量的漏损等水量，可采用优化算法等在一定取值范围内合理自动分配，也可根据供水面积或管线长度按比例分配。根据模拟结果与监测数据匹配情况对全部用水量进行自动分配是纯数学上的优化，若脱离实际情况，会导致自动分配的用水量与实际用水量出现较大差别，模拟结果不可信。3.0.7管段流量校核应关注大口径管道和关键转输管道，校核精度应计入管网漏损率、管道流速和未计量水量等的影响；节点压力校核应计入出厂到管网末梢的压力变化幅度、地势高差的变化、压力仪表安装高度等的影响；管网游离氯(或总氯)模型校核应计入水质仪表误差和管网硝化反应等的影响。3.0.8不同规模、不同管理水平的供水管网模型精度会有差别，比如产销差越大，模型精度可能越低。不同应用场景对模型精度的要求也不同。模型测试和评估报告中宜包括管网历史数据统计分析，模型校核数据分析，模型试运行数据统计分析，模型精度等级评定及不同应用的适用情况分析等内容。第三方评估机构可以3.0.10目前大型供水单位往往只有1人或2人从事管网模型相关工作，导致模型不能及时更新维护和正常应用，所以需要有工作团队来完成这项工作。团队成员各司其职，明确责任和责任人，建立工作流程和管理机制。3.0.11模型应用和维护单位应制定管网模型更新维护计划，主动进行数据更新和精度维护，不能等到模型失效后才被动去更新维护。因数据更新维护涉及多个部门，须建立工作机制，明确职责与4.1.2系统管理员负责供水管网模型系统的账户管理、软硬件系统维护、版本升级维护、权限管理、应用运维及定期数据备份等日常管理工作。4.2.1数据库服务器可参考表2配置，可根据管网规模大小适当内存4.3.2不同类型数据包括光栅数据、矢量数据、非图4.3.3网络版的管网模型应有病毒入侵防范措施，确保网络安全和数据安全。4.3.4～4.3.6这三条针对管网模型功能进行分级：第4.3.4条的规定是基本功能，满足县镇中小型供水单位的基本需求；第4.3.5条规定是水量分配功能的具体要求；第4.3.6条的规定是根据不同5.1.2供水管网水质在线监测指标一般包括余氯(或总氯)和浊度，余氯衰减系数测定应考虑pH、水温、TO影响，有条件的可以补充相关在线监测指标。5.2.1管网静态数据一般来源于管网GIS系统或管网竣工CAD图纸，管网拓扑及属性等静态基础资料详见表3。有些供水单位信息化建设较晚，未建成管网GIS系统的，可以基于完整的管网1设备节点唯一编号、名称、坐标、高程、类型(连接点、三通、堵头等)网设计及运行维护技术人员2唯一编号、名称、坐标、口径、埋深、高程、用户号、类型(大用户、居民表、计量表等)GIS、营业收费3唯一编号、名称、坐标、口径、埋深、网设计及运行维护技术人员4唯一编号、名称、坐标、口径、埋深、池水位监测点等)网设计及运行维护技术人员5管道、废弃管道等)、管径、长度、材质、敷设日期、埋设深度、所在路名等网设计及运行维护技术人员6阀门网设计及运行维护技术人员7系；水泵额定参数(流量、压力、功率、89分区区域划分图、分区计量图、抄表分区图等理部门5.2.2更新日志包括更新日期、更新原因、更新的数据种类和来5.3.2水量动态数据详见表4。1民、商业等)、综合漏损率、漏营业收费系统、管网中水表、流量计监测、SCA续表42编号、名称、坐标、用户号、345流量计进出关系营业所、计量管理部门6总供水量和分配后水量5.3.3运行监测数据详见表5。表5运行监测数据1水源节点2进出口压力、供水量、水质3泵调频控制规则、变频泵转速4控制阀门5电动阀门阀门位置676.1.3管网模型参数测定包括典型用户用水模式、水泵特性曲6.2.7节点高程一般来源于管网GIS系统，或可依据城市高程7.1.2在线模型与离线模型的区别之一是在线模型可以定时自5min内的在线模型为实时在线模型，大于5min的在线模型为非越多的企业在阀门操作时规定在手持App或移动应用中记录阀在线流量计数据为主，人工抄表数据为辅。7.4.2为了保证在线模型能够真实地反映供水运行工况，每季度至少检查一次在线模型的精度，当发现在线模型连续7d精度低于离线模型时，应对在线模型进行校核。在检查在线模型的精度时，应收集至少连续7d各种类型的管网操作，例如，阀门操作的时间、管网冲洗的时间和水量、泵站水池冲洗的时间和水量等。8.1.2现行行业标准《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》在线监测点均应参与模型校核，数量不够的应补充在线或离线监测点数量，具体要求参见本规程第6.3.2条规定。校核点越多，校核数据越多，校核好的模型精度也越高，因此可在管网中适当增加测压点数作为管网压力监测和模型校核用途，但也要综合考虑监测成本。英国一般每200户(独栋房子)范围内设置1个测压点作为模型校核用，美国标准把模型校核点数量与模型中节点数、管段数挂钩。由于美国供水流速相对较高，同等管长情况下压降更大，因此测压点密度比国内更高。不同用途模型有不同要求，见表6。因此，为了提高管网监测能力和模型精度，可适当增加管网压力和流量校核点数量，分区计量仪表宜兼具流量和压力监测功能，水质监测点也宜适当增加。流量校核点压力校核点设计模型8.1.5水务行业信息化项目验收程序可参考现行行业标准《水利信息化项目验收规范》SL588,主要包括资料和成果性文件检测、8.2.1模型运行测试的目的是考察模型是否能正常计算，相关输入数据和参数设置是否合理。8.3.1现行行业标准《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》CJJ207—2013对管网模型精度要求如下：(1)管网节点压力模拟计算结果与压力监测点数据误差：90%压力监测点平均误差应小于20kPa;(2)管网管段流量模拟计算结果与管段流量监测点数据误差：90%流量监测点平均误差应小于10%。国内供水规划水量一般都逐年上升，规划管网口径普遍偏大，