王 雪，焦星瑞，许 铮，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）

城市供水管网微观模型的建立

王 雪1，焦星瑞1，许 铮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）

城市供水管网微观模型是对供水管网系统现状的动态分析模拟，是保障城市供水管网可靠优化运行的技术保障。本文探讨了供水管网微观模型的建模技术流程以及具体参数的测试方法，对城市供水管网微观模型的构建具有一定的指导意义。

供水管网；微观模型；现场测试；平差

城市供水管网是城市中的一项重要基础设施，关乎城市居民、工业企业的正常生活用水和工业生产用水[1]。随着计算机技术的飞速发展，以及遥测远传设备在水务公司的普遍采用，城市供水管网的SCADA系统和优化调度系统进入了实用化阶段，而SCADA系统和优化调度系统又都以城市供水管网的微观模型为水力计算的基础。微观模型是对供水管网系统现状的动态分析模拟，经过平差计算，可分析管网中管段的流量、节点压力、供水分界线、水龄和等水压线等参数，因此能全面掌握整个管网系统的运行情况，防止出现供水低压区和供水高压区，为供水管网的可靠运行提供了技术保障[2-3]。为建立一个可靠的城市供水管网微观模型，须经过建立计算机供水管网模型，进行现场测试、阻力系数推定、管道阻力计算公式选定等步骤。

1 建立计算机供水管网图形

计算机供水管网图形包括供水系统中所有供水设施及其图形数据和属性数据，如管道直径、节点标高、位置坐标等。建立计算机供水管网图形通常有两种方法，一是用数字化仪将供水设施数字化输入到建模软件中，形成点线结构的管网图形；另一种是从供水地理信息系统（GIS）中按照一定的文件格式调用供水设施的图形数据和属性数据，使之在管网建模软件中形成管网图形。为保证所得供水管网图形的准确性，需在自来水公司有关技术人员的指导下，仔细排查每一根管段，确保其属性资料详实可信[4-5]。

2 现场测试

现场测试的目的是为供水系统提供供水系统的用水量、节点流量、压力，并为验证水力模型提供数据。现场测试由三部分构成：供水系统的压力和流量值测试、大用户的用水调查及现场24 h读表实测、水泵的特性参数测试。

2.1 供水系统的压力和流量值测试

测试供水系统的压力和流量值，目的有二：一是以所得的压力与流量值通过数学方法求得C值，二是为验证水力模型提供数据。由于计算管道阻力的必要基础数据是管道的铺设年代和管材，因此在选取测试管段时应以不同铺设年代、不同管材、不同管径为前提条件。根据具体的试验条件，可采用不同的测试方法，其中“两点法”原理如图1所示。

图1 “两点法”原理示意图

若考虑地面高程的因素则公式转换为：

其中：h1，h2——测试点的水压(m)；L——h1，h2之间的距离(m)；z1，z2——两个测压点的地面标高(m)；Q——管道中流量(m3/s)；α——指数值，取1.852。

该方法原理清晰，需要的现场数据少，在条件允许的情况下，使用该方法是所有方法中最方便快捷的实测方法。

2.2 水泵特性参数测试

为了满足经济安全供水的需要，国内大部分自来水公司的水泵往往经过切削，况且随着水泵叶轮的磨损其初始的水泵特性曲线已不够准确，不能满足建模精度的要求。因此，须测试水泵在不同工况条件的流量与压力，以重新拟合水泵的特性曲线。图2为根据28SA-10J水泵切削后的实测Q-H数据拟合出的该水泵在高效段的Q-H曲线（H=-4E-06Q2+0.0202Q+13.127）。

2.3 节点流量测试

以马鞍山市为例，马鞍山市给水管网模型中的节点流量是基于大量的现场实测数据。大用户现场读表数据和用户每月读表抄件数据库。在实际操作中，以1 000 m3/月作为选定大用户的标准，共选出506户大用户，并利用流量采集仪对其中的26户进行了为期一个月的现场读表实测，并将测试结果作为节点流量的一部分，同时将沿线流量这算为节点流量。

图2 28SA-10J水泵切削后实测Q-H曲线

3 阻力系数推定

旧管道由于水中悬浮物的沉积和一些物理、化学、生物反应，在管道内壁上沉淀后会形成一层“生长环”，它与管材和管径有关，并随着敷设年代的增加而增厚。“生长环”严重影响了管道的过水能力，因此对管道的阻力系数须重新进行推定。可建立以下的推定模型：

式中：C(Y,d)——管段摩阻系数；d——管径；Y——敷设年数。

4 管道阻力计算公式选定

一般采用海曾—威廉公式或柯尔勃洛克－魏特公式。流速范围在0～0.9 m/s,两公式的计算结果很接近。只是在用水高峰期，流速大于1.5 m/s，选用柯尔勃洛克－魏特公式。

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 赵洪宾，周建华.微观建模在城市给水管网系统中的实践[J].给水排水，2002，28（5）：59-61.

3 周建华，赵洪宾.城市给水管网系统所面临的问题及对策[J].中国给水排水，2002，18（11）：30-31.

4 张洪国，袁一星，赵洪宾.给水管网动态模型中管道阻力系数的组合灰色推定方法[J].哈尔滨建筑大学学报，1998，（5）：58-63.

5 许 刚.给水管网水力模型校正研究[D]．杭州：浙江大学，2005.

Establishment of Microcosmic Model of Urban Water Supply Network

Wang Xue1, Jiao Xingrui1, Xu Zheng1, 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 microscopic model of urban water supply network is a dynamic analysis and Simulation of the water supply pipe network system. This paper discusses the modeling process of the water supply network micro model and the testing methods of the specific parameters, which has certain guiding significance to the construction of the micro model of the urban water supply network.

water supply network; microscopic model; field test; adjustment

TU991.33

A

1008-9500(2017)05-0123-02

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。

王雪(1995-)，女，吉林通化人，本科在读，给排水科学与工程专业。

陆海，Email：haimm110@126.com