焦星瑞，王 雪，陆 海

（1.吉林建筑大学 市政与环境工程学院，长春 130118；2.长春科技学院 建筑工程学院，长春 130022）

城市供水管网模型校核方法的比较

焦星瑞1，王 雪1，陆 海2

（1.吉林建筑大学 市政与环境工程学院，长春 130118；2.长春科技学院 建筑工程学院，长春 130022）

城市供水管网模型是对城市供水管网运行状态的分析和模拟，在管网模型应用之前需对其精确性进行检验和校核。本文对供水管网模型校核的几种常见方法进行比较分析，这有助于更好地了解供水管网的运行特点，然后提出优化的运行控制方案，将为供水管网的改建扩建提供科学合理的技术依据，并为供水管网事故分析提供决策依据。

供水管网；模型校核；模型比选

城市供水管网是城市给水工程中的重要组成部分，其深埋于地下,具有隐蔽性的特点，同时供水管网还具有年代跨度大、水力分析复杂等特点，因此对于供水管网的运行控制存在很大的困难[1]。鉴于此，我国供水管网存在爆管频发、漏失率高等弊端。为了更好地了解供水管网的运行特点，提出优化的运行控制方案，需要对供水管网进行建模，以此来模拟其运行状态，掌握供水管网中水压、流量、压降、水龄等信息，同时这也将为供水管网的改建扩建提供科学合理的技术依据，并为供水管网事故分析提供决策依据[2]。

1 供水管网模型的校核

城市供水管网是一个具有时变性、随机性和不确定性的复杂庞大系统，要对供水管网的流量、压力等运行参数进行深入的了解并及时作出优化调度，首先须建立城市供水管网的数学模型[3]。对于初步建立的供水管网模型，虽然它包含了管段的长度、管径、管材等信息，以及节点的高程和水源的水量和压力等基本信息，但若不以实际工况数据加以校核，则该模型往往不能真实地反映实际管网的运行状况。对最初建立的供水管网模型进行水力分析模拟后，用实测的运行数据对供水管网模型加以校核，即用分析模拟数据与实测运行数据相比较，如果二者之间的差值较大，则调整与模型相关的管段、节点及水源等各类信息。对经过上述调整后的模型再次进行水力分析模拟，分析模拟后所得结果再与实测运行数据比较，如二者之间的差值仍然较大，则再次调整模型，直至分析模拟数据与实测运行数据相近为止。因此，供水管网模型的校核是调整管网参数、反复平差、完善模型的一个过程。经过校核的供水管网模型，可用于对实际城市供水管网进行比较精确的模拟分析。

2 供水管网模型校核方法比较分析

2.1 灵敏度分析方法

1973年，Gilman提出一种重新分配计算节点流量的方法，这种方法是基于逆解原理而建立的，能够达到分析模拟数据与实测运行数据相接近的目的[4]。他的方法是基于“比例负荷”的假设而产生的，即假设节点流量随着管网的流量变化而成一定的比例发生变化），这样可以将供水管网分成几个区域，在每一个区域之内存在一个测压点。在上述基础上，计算每个区域的测压点的水压随该区流量增量的灵敏系数，通过求解由此而产生的一个线性方程组，进而确定每个区域的节点流量的调整量。这种方法的弊端在于，灵敏度的计算受流量增量的影响较大，这是由于节点的压力与节点流量不存在线性函数的关系[5]。

2.2 解析方法

解析方法是由Walski[6]于1983年提出的一种模型校核方法，并用于解决一些供水管网校核的实际问题。该方法涉及到两方面的问题：一是将已知条件下模型计算压力、流量与现场实测压力、流量进行比较；二是调整模型的输入参数值以改善模型计算值与实测值的吻合程度。

2.3 解非线性方程组法

如要在某节点产生所需压力，可以采用调整某一管段的水力特性，如设置加压泵或者减压阀的方式来实现。Gofman根据研究结果提出，在原管网方程中添加虚环方程，同时把待调整管段的阻力系数当作未知量来处理，用一定的方法求解所形成的非线性方程组。

2.4 最优化方法

灵敏度分析方法、解析方法以及解非线性方程组法的共同缺点是，在未对被调整量施加约束，因此很难保证其解与实际测量值的一致性。经过对有关统计数据的分析比较和与现场实际测量，可以获得供水管网的节点流量及管道阻力系数的取值范围，也就是后续建模过程中的约束条件。如果上述数据中的某些量已经能够比较精确地知道，则不应再继续进行调整。除了Ormsbee和Wood提出的方法以外，其他方法对于有测流结果的情形都不能做出很好的处理，所以，最优化方法的应用对于供水管网模型的校核具有一定的状态估计作用。

1 汪光寿，等.城市供水行业2000年技术进步发展规划[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.

2 于静洁，赵洪宾.城市给水管网管理信息系统的建立[J].同济大学学报(自然科学版)，2005，33（3）：339-341.

3 韩德宏.配水管网的状态估计的几种方法[J].中国给水排水，1993，（1）：31-33.

4 Gilman H.D.Application Model for Water Distribution Control[J].AWWA，1973，（4）：27-29.

5 Sterling，etal.Parameter Turning for Simulation Models of Water Distribution Network[J].Engng Syst，1980，（13）：751-762.

6 Thomas M.Walski, Assuring Accurate Model Calibration[J].AWWA，1985，（12）：38-41.

Comparison of Urban Water Supply Network Model Checking Methods

Jiao Xingrui1, Wang Xue1, Lu Hai2
(1.School of Municipal and Environmental Engineering, Jilin Jianzhu University, Changchun 130118, China; 2.Changchun Institute of Technology, Institute of Architectural Engineering, Changchun 130022, China)

The urban water supply pipe network model is the analysis and Simulation of the operation condition of the urban water supply network. Several common methods of water supply network model calibration are analyzed, which will contribute to a better understanding of the operation characteristics of the water supply network, the operation control scheme optimization, will provide technical basis for scientific and reasonable water supply network reconstruction, and provide decision-making basis for water supply pipeline accident analysis.

water supply network; model checking; model selection

TU991.33

A

1008-9500(2017)05-0118-02

2017-03-10

本文系吉林省大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201510191022）的阶段性研究成果。

焦星瑞(1995-)，男，天津人，本科在读，给排水科学与工程专业。

陆海，Email：haimm110@126.com