给水管网动态水力模拟系统的建模研究

［． ４ 张莹 ， ］ 宋启元 ， 苏功军 ． Ｐ Ｎ Ｔ在供水管网平差计算中的应用 【． ＥＡ Ｅ Ｊ Ｊ
山西建 筑 ，０８１（ ） ８～８． ２０， ３ ： １１２ １４１
作者通联 ： １ ０９ ８７ ０５２ ０８ ０ １
城镇供水 Ｎ １２ １ ６ Ｏ． ０ ２ ７
表１ 各监测点模拟值与监测值误差表 监测点 澄山路 平均误差 ２ ％ ． ３ 监测点 峭岐 平均误差 ５ ％ ． ８
是管 网模 型 的重要组成 部分 。水 力属性需 运用水 力学 理 论进 行分析 和计算 。管 网中不存在水 塔 、水 库 ，所 以没有相关数据 ， 其他数据主要从 Ｓ Ａ Ａ系统 中获得 。 ＣＤ 给水管 网系统 建模 的核 心是水 力模拟计 算 ，在计 算 中 水池 的动态水 位变化 直接影 响计算 结果 ，为 此 ，本研 究 根据水 池水位 的人工 记录准确模 拟 出水 池在 不 问时
１ 引 言 ．
水是城市生存 和发展必不可少 的支撑要 素 ，城市给 水工程直接关系着城市建设 、城市文 明、安全、居 民生
活质量 。近年来 ，随着地区的高速发展 ，供水管 网不断 的改扩建 ，亟需建立给水管网水力模型来提高给水管网 运营 与调度的科学水平 ，提高运营效率。
本 文选取 市给水管 网为研究 对象 ，目标是 建立 给水管 网拓扑结构 ，应用 Ｅ Ａ Ｅ Ｐ Ｎ Ｔ水力平差软件 ，率定
和验证供水管网水 力模型参数 ，以准确模拟城市 给水管
网系统。
２ ．给水管 网水 力模 型构建 原理 ２１ ． 建立管网拓扑结构 ．
供水系统 的拓扑结构 嘲是管 网建模 过程 中进行水力 计算 的基础 。由该 市水务系统提取管 网数据的管段 、节 点、水 泵的图形和属性信 息 ，并将 其转换成 ＡｅＧＳ ｒ Ｉ 格 式进行数据校核和拓扑检查等工作 ，然后生成拓扑关 系 建立管网数据 的拓扑结构 ，接入 Ｅ Ａ Ｅ Ｐ Ｎ Ｔ管 网平差软件
管理 、管 网平差、运行模拟、运行管理等较 为完整 的技 术功 能。它基于节点方程 的计 算方法 ，对不经过简化处 理的管 网直接建模 ，减少 了计 算所需要 的时间和存储单 元 ，模型的方便性和直观性使其越来越广泛地应用于有 压管 网系统 的平差计算 。 本研 究根 据 Ｅ Ａ Ｅ Ｐ Ｎ Ｔ水 力平 差分 析 的要求 ，水 头
和验证 的要求 。通 过给水 管 网水 力模 型参数模 拟 ，本
渡区水头损失 ｈＯ Ｖ Ｃ
） ，该式计算方法 简捷 ，为美
国给水系统配水管道水力计算的标准式 ，在欧洲与 １本 ３ 广泛应用 ，近几年我 国也普遍用其进行给水管 网的水力 计算 。 ３ ．水 力模 型的率 定与 验证 给水管 网水力模型率定的参数一般为流量 （ 、管 Ｑ）
行 的。
４ ．结语
流量 以公有 制 （ ）为单位。海 曾威廉 （ — ）公式 ｍ ＨＷ
适用紊流过渡区， 水头损失与流速的 １ ５ ￣７ 成 比例（ ．２ ｙ ８ 过
本 研究建立 的给水 管 网水 力学动 态模 型具有 良好 的计 算精 度 ，模拟 结果 中所 有ｉ 压 点 的误 差符合 率定 贝 ０
径 （ 、管道 的粗糙系数 （ 、阀门的开启度、管道的 Ｄ） Ｋ）
研 究较好 地构建 了切合 真实水力 情况 的给水管 网动态 水力 模 型 ，得 到 了满足供水 要求 的管 网系统 ，其模 型 可进 一步 为该地 区供水 系统实施科 学管 理和调度 提供 依据。
参 考 文献
【． 潇 ， １孟 １ 雷澄 ， 罗银 和 ． 于 ＧＳ的供 水管 网爆管 事故状 态的分 析研 基 Ｉ 究 ［． Ｊ 水利科 技与经济 ，０ ０３（ ）３—４ ． 】 ２ １，，１ ： ９ ３ １ ６３ ［】吕伟 ． ２ ． 太原 市 给水管 网动态仿 真 系统 的建立 和运行 【． Ｊ 山西建 筑 ， Ｊ
６ 城镇供水 Ｎ ． ２ １ ６ Ｏ １ ０２
图 ２ 给水管网拓扑结构
・
研 究 与探 讨 －
Ｄ Ｗ Ｔ ｃＩ Ｎ ＴＯＷＮ Ａ ＥＲ ＵＰ Ｙ ＴＹＡ ｓ ＰＬ
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小用户用水量按权值分配到整个管网。
２ ． 网水力属性 ．管 ３ 水力 属 性是 指管 段 和节 点在 系 统 中的水 力 特征 ，
２ １，２ ６１５ １７ ０ ０１（ ）８－ ８． ３：
长度 （ 、水泵特征 曲线、地面标高等 ，本模型选取了 Ｌ） １ 个压力监测点以及 ２ ７ 个水厂 的压力数据进行率定 。采
用随机抽样 方法 ，从无 调级变化 的小时数据组 中随机选 取 ３ 时间段 的压力数据 ，所选取的模型率定时间段和 个
结果表明 ，构建的给水管网动 态水力模型参数 可行 ，模拟值与现场测试点压力值的平均误差为４ ％，本研 究建 立的给水管网水力学动 态模型具有 良好的计算精度 ，充分验证 了供水管网的运行情况 ，该模型将 为地区供水 系统实施优化节能的调度 方案提供科学依据。 关 键词 ： 给 水 管 网 动 态水力模拟 Ｅ Ａ Ｔ Ｐ ＮＥ
ｙ
・
研究与探讨 ・
给水管 网动态 水力模 拟系统 的建模 研究
陈 涛 徐 鹏 赵 洁
（ ．江苏江南水务股份有限公 司生产技术部 ，江阴，２ ４ ０ ；２ １ １ ０ ０ ．北京清华城市规划设计研究院 ，北京 ，１０ ８ ） ０ ０ ５
摘 要 ：本研 究结合 某 市供 水现 状 ，通过 收 集城 市 管 网的管段 、节点 、水 泵 的流 量和 水压 等静 态和动 态数 据 构建 了给水 管 网拓扑 结构 ，并运 用Ｅ Ａ Ｔ管 网平差 软件 对其 进行 了管 网平差 ２ 小 时动 态模 拟 计 算 。研 究 Ｐ ＮＥ ４
段 的水 位 ；同时监 测各 时段 的水 泵转速 ，模 拟泵 的流
南 闸 黄 田岗
申港
２ ％来自百度文库 ． ２ ２ ％ ． ７
２ ％ ． ４
钢厂 青阳供水
月城
２ ％ ． ５ ３ ％ ． ５
３ ％ ． ４
量— —扬程 曲线 ； 根据 Ｓ Ａ Ａ系统 、营销系统 、大表 ＣＤ
系统 自动获得 城市 日用 水量 的变化 曲线等 。由各系统 所 获得 的数据 通过一定 的分析 处理后接 人 Ｅ Ａ Ｅ Ｐ Ｎ Ｔ管 网平差软件 。 ２． ． 水力计算原理 ４
图 １管 网数据处理流程
对其进行管 网平 差动态模拟计算 。运用 ＡｅＧＳ ｒ Ｉ 构建管 网流程如图 １ 所示 ，经检验后建立的给水管 网拓扑结构
如图 ２ 所示 。
２． ． 确定节点流量 ２ 给水管 网动态水力模型 中的节点流量包括三部分 ：
大用水户用水量 、小用水户用水量和管 网渗漏量 。本研 究 中，节点流量 的计算值是在大量的现场实测数据基础 上完成的 ，包括大用水户读表数据 、非居 民用水户读表 数据及 居民每月抄见水表量数据等 。大用户用水量是 比 较确定 的量 ， 根据其位置以及实测得到的变化曲线计算 ；
『． ３ 马洪 涛 ， 】 王军 ， 张卫红 ． 基于 ＧＳ Ｅ Ａ Ｅ Ｉ 与 Ｐ Ｎ Ｔ的 昌平新 城再生 水管 网规划 Ｉ． Ｊ 中国给水排 水 ，０８１（ ）２ ３． Ｊ ２０，２ ４３—５ ２：
参数如下 ：
２０ ０９年 ５ １ ３ ０ ｌ： 月 ７１ １： ４ ０压 力 ３ ０ ０ ２０ ０９年 ８ ２ 月 ７日 ２ ： ～ ４ ０压力 ３ ０２： ０ ０ ２０ 年 ９ ２ ０９ 月 ２日 ９ ０ １： ： ～ ０ ０压力 ０ ０ 率定结 果 显 示 ： 压力 平 均误 差 为 １ ｍ，即平 均误
华新钢缆
世纪大道 长寿 澄东供水
石早
２２ ． ％
８ ％ ． ２ ４３ ． ％ ８ ％ － ２
５．％ ２
国税
交通局 巨龙印染 北新路
３ ％ ． ３
３ ％ ． ７ ６ ％ ． ５ ２ ％ ． ３
ＥＡ Ｅ Ｐ Ｎ Ｔ由美 国环境保护总署国家风险管理研究所
开发 ，主要用于管 网系统的水 力和水质分析 ，具有信息
差 为 ４５ ．％，符 合建 模 要求 。将 率定 获 得 的参 数 带人 模 型当 中进行 ２ 时动态模 拟验证 （ ４小 验证 时间 ： ０ ９ ２０ 年１ ０月 ３ ０ ４： ０ ，同 时将 模 拟值 与 实 际 １１ ０： ０ ２ ０ ） ３ 监测值进行 比较 ，计 算出的各监测点误差见表 １：
损失公式采用海 曾威廉 （ ａｅ— ｌａ ｓ — ） Ｈ ｚｎ Ｗｉ ｍ ，Ｈ Ｗ 公式 ， ｌ ｉ
综合平均误差
４ ％ ． Ｏ
由上表可知 ，该地区给水管 网动态水力模型的模拟
值 与现场监测值吻合较好 ，说明了该给水管网动态水力
模型较好地模拟了管网中水流 的真实情况。从模型检验 的结果来 看 ，给水 管 网动 态水力模 型 的参 数设定 是可