管网建模中节点流量分配的优化策略

管网建模中节点流量分配的优化策略 管网建模中节点流量分配的优化策略 赖伟祥 (江门市自来水有限公司,广东江门529000) ? 输配水技术与设备 摘要:管网建模是当前国内供水行业前沿科技应用领域之一,节点流量分配是管网建模的一 项核心内容.本 文结合江门水司供水管网建模的经验,详细分析节点流量分配在空间和时间上的优化策略, 以及节点流量数据 的维护思路. 供水管网模型是当前促进供水企业管网科学化 管理的最有效的工具,是评估节能降耗的重要依据. 近年来,管网建模作为国内供水行业一项庞大的系统 工程已逐渐从起步进入到较成熟应用的阶段.沿海发 达城市供水企业先后建立了水力模拟软件系统平台, 并取得丰富的模型应用经验.节点流量分配是管网建 模的一项非常重要的工作内容,节点流量的分配是否 准确直接关系到管网模型的精度和管网模型应用的 效果.笔者结合江门水司管网建模工程,分析节点流 量分配的一些经验,与各位同行商榷. 1节点流量分配的主要及其适用条件 节点流量分配是供水管网模型进行水力计算的 必要条件,是管网模型运行的基础.节点流量分配是 否准确与合理对模型精度影响较大. 1.1按比流量分配 假定管网水量均匀地分布全部管线上,由此计算 出管网单位配水长度的流量称为比流量.根据比流量 和每条管段配水长度占管网总配水长度的比例可计 算出各节点的流量.这是最简单的节点流量分配方 法,适用于管网密集,用户分布平均和用水量较平均 的地区.而管网疏密不均,用水情况复杂的地区使用 比流量分配方法会产生较大的误差.在实际做管网建 模时,这种方法多用于没有任何空间信息的水量分 配,如无计量用水,漏失水量,绿化及消防水量等. 1.2按区块系数分配 将管网按一定原则划分成若干个供水区块,根据 每个区块用水量占管网总用水量比例来设置区块内 各节点的用水权重,当分配管网总用水量时,各节点 按所在区块的权重来分配水量.该方法比较适用于用 42城镇供水?.72008 水差别明显的地区.在实际做管网建模时,这种方法 多用于对于无法定位用水节点,但知道水量发生的区 域信息的水量分配,如有抄表册编号,小区名称,区块 编号等区域信息的用户水量.其精髓是将总用水量合 理地进行空间分配. 1.3按用水模式分配 按照水量在模型中发生的实际节点,进行节点基 线流量分配,同时按照不同类型的用户日用水量变化 规律曲线将用户一天的总用水量分配到不同时段.这 是水力动态模型中普遍采用的一种节点流量分配方 法.该方法适用性广,能很好的解决节点流量空间分 配与时间分配的问题,从而有效地减小水量分配时产 生的误差.其精髓是将管网总用水量合理地进行空 间,时间分配. 以上是三种主要的节点流量分配方法,均是节点 流量分配的基本方法,每个方法都有其优点和适用范 围.在实际管网建模中,通常将多种方法综合起来应 用,取长补短,同时可结合其它宏观信息进行范围调 整,如按管长X区块系数分配,按区块用水性质分配 等.管网建模过程中采用何种节点流量分配方法还须 综合评估管网模型精度对误差的认可范围和工作量 的大小.下面结合江门水司管网建模工程项目,主要 针对按区块系数分配和按用水模式分配的方法,阐述 节点流量分配在空间,时间上的优化. 2节点流量分配在空间上的优化 节点流量在空间上的理想分配是基于管网GIS 系统比较成熟,所有的水表用户坐标能准确地定位到 管网GIS节点上.而国内供水企业建立的管网GIS系 统普遍未能达到这一标准,因此管网建模过程中通常 ? 输配水技术与设备? 采取大用户准确定位和划定节点用水区域相结合的 方法来完善节点流量的在空间上的分配. 2.1大用户的准确定位 江门水司结合实际情况,对收费系统进行了详细 的统计分析,将月均用水量达1000立方米的863个 大用户水表和43个区域计量总表安排管线人员进行 现场调查,将它们准确地定位到所在管线上,标明其 GIS坐标.863个大用户的用水量占管网总用水量的 约60%,这对节点流量在空间上的准确分配非常关 键.实际管网建模中,各水司对大用户的定义标准及 实际情况不尽相同,在优化节点流量空间分配时,应 把握大用户所占水量达一定的比例和现场普查工作 量适中的平衡原则. 2.2用水区域的合理划分 除大用户的水量可较准确进行空间分配外,剩余 大部分小用户的水量通常按节点用水区域进行分配. 该方法是在GIS地形图上划定节点用水区域,然后在 该区域内选择一点,作为该区域内所有用户的代表 点,将该区域内所有用户的用水量累加到该节点上. 在大部分水表用户未挂接到GIS系统的情况下,采用 该方法具有很强的实用性. 在具体划分节点用水区域时,应把握好各区块相 对独立和大小适中的原则,尽量减少区块内的水表册 号交叉,用户水量重复计量的现象.江门水司结合 GIS系统和收费系统,将整个管网划分成97个区块, 各区块边界划分清晰. 2.2未计量水量的分配 管网中未计量的水量主要包括:管道冲洗水量, 水司自用水量,施工维修用水和管网渗漏水量等.其 中管道工程,维修施工和爆管抢修可通过统计将估算 水量纳入所在区块进行分配,其他漏失水量可按比流 量方法进行分配. 3节点流量分配在时间上的优化 各类用户在每天各时段的用水情况不尽相同,按 用水模式进行节点流量分配的关键是要把所有用户 每天的用水规律摸清楚,为节点流量分配在时间上的 优化提供依据. 3.1用水模式的合理选定 ?供水规模分析 江门水司供水规模约为40万立方米/日,其中7 大类用户用水量情况如下:工业用水约占31%,居民生 活用水约占39%,经营服务业用水约占l1%,向新会地 区趸售水量约占10%,行政事业用水约占6%,建筑业 用水约占2%,特种行业等用水约占1%.由此可见,工 业和居民用水约占总用水量的70~/o,对这两类用户的 用水模式进行深入分析意义重大.另外,根据总的供水 规模我们可合理地定义用水模式的合理数量. ?工业用户用水规律调查 工业用户的用水情况复杂且占用水量比重较大, 且建模过程中一般不会对所有的工业用户进行现场 流量测试.因此江门水司对用水量前200个工业用户 进行了问卷调查,详细了解用户的生产用水情况,如 上班,错峰用电,淡旺季等,最后将所有工业用户 按一班制,二班制和三班制划分为三大模式. ?用户类型分析与用水模式定义 在前面分析7大类用水比例的基础上,我们着重 对工业用户和居民用户进行细分.如根据江门的支柱 产业和特色工业,将工业用水划分为摩托车,电镀,纺 织,化工等代表性行业;将居民用水分为高档小区,普 通小区,农村地区和厂企或学校宿舍用水等.然后从这 些用户类型中选择用水量比重较大的代表用户列为用 水模式,再对用水规律具有较强相似性的用户用水模 式进行合并,合理降低流量测试工作量和节省成本. 通过以上分析,江门水司选定了7大类型,19小类 共42个用水模式,各用水模式选择一定比例的代表用户 进行连续7天流量测试,以获得其综合用水模式曲线. 3.2用水模式测试方法的优化组合 用水模式流量测试的方法主要有:现场人工抄表 和在线仪表远程自动抄表.测流工作需要连续7天7 夜24小时每隔15分钟抄表一次.如全部采用人工抄 表,则需要安排大量的抄表人员,对水司日常工作会 造成较大冲击,且采集的数据存在较大的误差;如全 部采用在线仪表自动抄表方式,必会增大项目的成 本.经综合评估后,江门水司采取了安装2/3的一体 化智能水表和1/3的人工抄表测流方式,既可合理节 省成本,又可以锻炼组织实施能力. ?针对典型大用户安装一体化智能水表 除少部分用户已安装了在线式流量计可远程自动 城镇供水No.72008柏 一 y 抄表外,江门水司还安装了25个一体化智能水表,对典 型大用户进行在线流量测试.分析用户的用水规律. ?人工现场抄表测流 江门水司共安排了96个抄表人员连续进行7天 7夜的用户用水流量测试工作.实施流量测试工作 前,我们对用户的选择,人员调配,抄表要求及数据整 理和后勤保障等做了细致的,保证了测试工作的 顺利进行和采集数据的可靠性. 3.3系统用水总模式的拟合 系统用水是指管网中的总用水量.系统用水模式 我们可以从各水厂向管网中供水的情况进行拟合测 定.江门水司的SCADA系统中能在线采集到各水厂 出厂流量计实时数据,根据此数据,可以获得系统用 水总模式曲线. 3.4用水模式的有关计算及步骤 通过现场流量测试采集到的数据,我们可按如下 公式与步骤生成用水模式曲线: ?每个用户每天每个时段的平均用水量; 一 1 q隶qi(i=o’2’…95) ?每个用户每天每个时段用水量相对平均用水 量的比例系数; N=qi,/ ?根据比例系数生成该用户该天用水模式曲线; ?对用水模式周期性重现较强的用户每个时段 多天的比例系数求和; t ?对该用户新数据列除去求和的天数,生成综 合用水模式; 值得说明的是:由于数据样本的有限性,用水模 式曲线会出现一定的突变,其中有些突变是合理的, 能够真是反应用水的变化情况,有些突变是一个随机 的大流量,不具备规律率性,这些点通过与实际情况 对比进行去除.在数据样本较大的情况下,这种突变 对模型的影响将被减弱. ?节点流量计算. Q节点流量q平均流量×P用水模式 44城镇供水No.72008 ?用水模式实例. ? 输配水技术与设备 图一五邑碧桂园的7天用水模式曲线 匡季蠢 图二五邑碧桂园的综合用水模式曲线 基于管网的复杂性和用户的多样性,管网的运行 工况是不断变化的,我们认为用水模式是一个动态的 概念,具有时效性.管网模型应用中持续地对用水模 式进行调整,采取更细化的多套方案的用水模式,如 周末模式,高峰用水模式,低峰用水模式,节假日用水 模式等或增加用水模式种类,可进一步优化节点流量 在时间上的分配,从而提高管网模型的精度,促进管 网模型应用取得更佳的效果. 4营业收费系统的整合 节点流量在空间和时间上的分配准确与否,跟营业 收费系统是否完善有很大的关系.优化节点流量的分配 最终需要从营业收费系统着手,建模过程中的一些数据 整理成果也可以保存到收费系统中,以备今后重复利用. 4.1用水性质与用水模式类型的整合 水司对用户的传统分类是按水价(用水性质)来划 分,结合管网建模节点流量分配的要求,我们可按用水 模式分类对所有的用户进行细分,为节点流量在时间 上的优化分配和今后持续提高模型的精度奠定基础. 4.2管网区块划分与水表册整合 管网用水区块的划分与营业收费系统中的水表册 划分有所不同,并没有完全重叠,会造成节点流量分配 的不准确性.一方面管网区块划分边界应清晰,另一方 面要将水表册细化到每个水表准确挂接入区块节点. 4.3用户水表的GIS坐标定位 前面提到节点流量在空间上的理想分配是所有 ? 输配水技术与设备? C/TYANDTOWNSUPP 潮 LY 潮——l—li—隧霆囊葛 WrAn1R啁?-,r 对突发性聚乙烯(PE)管焊口断裂分析及防范措施 刘志远 (榆林市自来水公司,陕西榆林719000) 摘要:通过几例工程实例,对聚乙烯(PE)管焊口断裂的现场分析,结合地聚乙烯给水管道工程 技术 规程》及生产厂家操作规程,提出三条防范措施及注意方法. 关键词:聚乙烯(PE)管焊口断裂防范措施 前言 聚乙烯PE给水管道于2000年在我区投入使 用,经过七八年的推广使用,已作为城市给水管道的 主要管材.其特有的优越性给施工企业带来了极大的 方便,深受用户的喜爱,特别是它的任意借转性在施 工过程中减少了不少的工作量.但根据我市近几年的 使用情况和掌握的一些数据,聚乙烯管焊口防断裂是 工程人员极为关注的问题,下面我就举几个实例进行 分析与同行讨论: 1工程实例: 实例一:2003年8月5日(天气晴,最高温度25 度),我单位在安装上郡路给水管道工程中,在西二路 交汇口处,做一条DN200过街PE管,当管道在地面 上焊接好后,在移入沟槽过程中,焊口处平齐断开,造 成施工短暂停止,经现场分析,认定是热熔温度过高 或熔接时压力过大所致. 实例二:2003年l1月25日(气温一8度,4—5级 北风)同样也是在上郡路给水管道工程中,安装的 DN300PE管因影响临街门市的营业,大都当天做了 回填.管道安装完成一个段落后进行试压检测.l1月 28日开始充水浸泡,(规定管道试压前充水浸泡 时间不应少于12h)第二天开始打压,补水,当压力升 至0.4Mpa时,突然下降,随即检查管段沿线,发现在 二院家属楼门前有大量的水由地下涌出,立即停止打 压,泄水查找原因,后经确定是焊管处下半部出现裂 口漏水,分析认为是焊接时,两熔接接口温度不同或 夹有杂质所致. 实例三:2006年7月8日,在我市长城路与榆阳 的用户水表都能准确地定位到管线上.基于目前各水 司的GIS系统建设情况,要达到此目标尚需走较长的 路.但我们可对占用水量比重大的大用户经调查后准 确地定位到管线上,以及在划分区块的基础上将所有 的用户定位到管网的节点上,在收费系统的增加用户 的GIS坐标,并按精度分等级管理,为最终将所有用 户准确挂接到GIS中奠定基础. 5SCADA系统的整合 SCADA系统中有在线式出厂水流量计和部分用 户端的流量计,加上在线式的一体化智能水表,这些在 线计量设备为持续地分析流量规律,及时调整用户的 用水模式曲线和系统用水模式曲线提供了技术基础. 6GIS系统的整合 对GIS系统的整合主要是管网的拓朴结构,区块 管理和用户水表的定位等内容,在此不再赘述. 综上所述,管网建模及其应用维护需对节点流量 分配不断的优化,优化过程也是对收费系统,SCADA 系统,GIS系统和管网模型进行整合的过程.节点流 量在空间和时间上的优化分配是管网模型精度的重 要保障,为管网模型在促进管网科学管理和节能上发 挥更大的作用奠定基础. 作者通联:jm/wx@tom.tom 城镇供水?.7200845