福州市城區供水水力模型分析系統

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福州市城區供水水力模型分析系統福州市水務投資發展有限公司成立於2008年11月，註冊資本21.2億元，是福州市國投集團所屬二級企業，是一家集供水、排水、環保、溫泉、綜合服務五大板塊為一體的綜合環境服務商。所屬於福州水務的福州市自來水有限公司隨着供水規模的不斷擴大，對科學規劃、優化調度、安全供水的需求日益緊迫。需要建立供水管網水力模型對管網規劃方案、應急處置進行科學決策；同時能夠指導給水系統的規劃、設計及改擴建；協助管網改造優先性評估；診斷管網中的異常情況，並提出解決方案；分析事故或工程對用戶用水的影響程度提升企業的決策支持能力。

目錄

一、項目概況

1. 項目背景

福州市自來水有限公司有6座水廠，日供水能力155萬立方米，供水面積達200平方公里，供水人口280萬。目前轄區內DN75以上的管網長度大約3225公里，節點14542個，水錶64888個，消防栓9315個。隨着城市的發展，供水管網規模不斷擴大，用戶用水量迅速增加，福州水司的供水管網系統已經變成一個拓撲結構複雜、規模龐大、用水變化隨機性強、運行控制為多目標的網絡系統。面對這麼複雜的管網系統，傳統依靠人工經驗和簡單統計數據的運行模式難以滿足科學化 管理的需求，一定程度上制約了供水企業的經濟效益和科學技術進步水平。因此，福州水司依託信息化平台，並藉助水力模型對供水系統的規劃、設計、管理和運行調度進行科學化、智能化建設，可提高供水企業整體技術水平和服務質量。

2. 項目目標

該項目通過建立策略模型，實現對整個福州供水的宏觀調度，並且分析供水分區的合理性，對不同區域的供水進行評估，如低壓區域控制，夜間流量等。對一些大型調度方案進行模擬，評估其合理性，對水廠調度提出合理性的意見。建立分區全模型，可以對管網現有各種系統和資料進行梳理，發現管網中現存的問題； 模擬管網運行現狀；評估城市供水系統運行狀況的評估；診斷管網現存的主要瓶頸和問題， 實現管網運行現狀的科學評估。 通過模型建設，能實現以下目標：

1完善基礎數據，促進資料的完善：以管網建模的要求，分析整理管網資料的正確性、促進相關信息系統的完善，尤其是GIS 系統和 SCADA 系統的完善。

2規劃設計應用：根據規劃設計要求，在現狀模型中添加規劃區域的管線和規劃水量，對規劃區域內的管 線水力情況進行區域模擬和對整個管網進行整體模擬。對管網在最高時、事故時、消防時的 水量情況下進行計算模擬，可以得出管網模型中任意節點上的壓力值、節點流量值和任意管線上流量、流速、水力坡度、水頭損失等水力數據，從而輔助規劃決策。

3管網低壓區分析：對管網中的低壓區進行詳細模型計算，並經過實際測量，查找低壓區的原因，並給出相 應運行建議，輔助管網運行。

4泵站調度分析：通過現狀模型對管網水力情況進行模擬，可以對輸水主幹管、輸水干管、配水干管的供水能力進行評估分析，找出現狀管網中關鍵管線中的不合理部分，評估不合理部分對管網整體水力情況影響大小，並根據管網現狀進行模擬，擬定出經濟合理的改造方案。對水廠、泵 站的運行方式作出評估，並給出相應推薦意見。

二、項目實施概況

1. 項目實施過程

1.1數據收集和處理

第一階段工作內容主要是收集和處理GIS數據、營業收費數據、SCADA數據和閥門狀態等數據。對數據中存在不完整、不準確等問題，通過不同數據庫中的表字段對數據進行相互補充與驗證，例如在GIS系統中水錶基礎信息表中不存在可以與營收數據對應的客戶編號或地址，利用營收數據中的地址信息對其進行補充。在項目建設前期，項目組成員前往水廠、泵站、監測點進行現場情況的調查，獲取水廠、泵站基本情況信息。

1.2模型建立

模型建立階段的主要工作包括對管網拓撲結構進行全面梳理，確定邊界條件和導入水量數據，最後將實際的監測數據導入模型當中，為模型的運行做好準備。在管網拓撲結構梳理階段，把GIS系統中水錶、水池、泵站、泄水井等信息導入為節點，並保留相關屬性信息；對現有管網信息進行檢查，處理孤立部分、重複管道、孤立節點等問題，並做記錄。形成拓撲關係後，對管網結構進行簡化，保留關鍵部分，如：三通、變徑、變材等的抽象對象，以及表示較長管道中途的拐點、測點等節點，刪去小區內部管道、街道的小口徑支管等內容。在第二階段，將水廠的出站總壓力作為模型的邊界條件，同時，將泵房出站壓力也作為邊界條件加入到模型當中，作為泵房供水區域的邊界條件。後將完成校正的水廠泵站的出廠流量數據和營業數據以客戶計費器的形式導入模型，並將客服計費器關聯到對應節點。根據DMA一級分區和實際的管線圖，將模型各區域分開，分別計算各區域的供水水流量，將供水水量與平均日用水水量差值作為未計量水量，並將未計量部分的水量按比例分配到客戶計費器上，計算出各分區用水曲線數據後，將結果導入模型中。在最後階段，將實際的監測數據導入模型當中，用以對比模型模擬值和實際的監測值，為後續模型的計算與校正工作做準備。

1.3模型的計算與校正

模型的校核就是使模型中管網的運行狀態更加接近實際管網運行狀態的過程。在模型校核的過程中，需要找出模型計算結果和現場實測值之間的差別，分析造成這些差別的原因，然後對模型進行修正，以不斷提高模擬精度，達到模型精度要求。修正的過程可以從差異比較大、比較明顯的地方開始，可能需要反覆修改多次才能達到滿意的程度。針對單個模型進行校核是不嚴謹的，我們對不同日期的模型進行校核。在發現與實測值的差異進行調整時，我們對多個模型同時進行調整，使其精度同時提高。在分析造成差異的原因時，我們考慮到不同日期管網的狀態（閥門開關、管道增減）因素，並詢問調研實際情況，對模型進行相應的調整；同時，一些不會隨時間變化或短時間內無變化的參數如：管道直徑、節點高程等，這些參數在進行多個日期模型校核時，我們保證了數據一致性。