褚金鹏 王雪峰

摘 要：合理对城区管网进行分区，控制漏损量成为水司对管网进行有效管控的指标之一。以实际供水管网作为算例管网，调研管网基础资料，利用EPANET软件建立管网水力模型，并用现状管网的运行监测数据对模型进行校准，对分区方案进行比拟，为水力模型的实施提供数据支撑。

关键词：城市管网；DMA；管网模型；EPANET

中图分类号：TU991.33 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）27-0108-03

Abstract： Rational zoning of urban pipe network and control of leakage is one of the indicators of effective management and control of the pipe network. Taking the actual water supply network as an example， this paper investigates the basic data of the pipe network， establishes the hydraulic model of the pipe network by using EPANET software， calibrates the model with the operation monitoring data of the present pipe network， and compares the zoning scheme. It provides data support for the implementation of hydraulic model.

Keywords： urban pipe network； DMA； pipe network model； EPANET

隨着我国经济水平的快速发展，尤其是进入21世纪后，城市化进程的不断推进，城镇人口规模和占地面积的大幅增长，对水司的供水能力日益加大。为保障城镇居民的用水安全及城市的快速发展，在新时期对供水行业提出了更高的需求。“十三五”规划提出，到2020年全国公共供水管网漏损率控制在10%以内，降低供水管网漏损率，减少漏损水量是供水企业降低产销差率，节能增效的具体措施之一。因此，漏损率成为直接反映和衡量供水企业管理水平和技术水平的重要考核指标[1]。国外对分区管理技术的研究在80年代就有涉及，最早提出分区管理概念的英国伦敦将城区管网分成了16个区域，分别对各区域实施计量，有效地降低了水司的产销差。其后，日本、韩国等国相继对城区管网进行分区管理，并取得了明显的管控效果。我国的北京、上海、深圳、南京、沈阳、天津等城市也在DMA进行了相应的探索及研究，并取得了相应的成果[2]。在DMA方面的研究取得的基础数据为后期水司的业务开展提供了技术支撑，为我国城区管网改造及优化提供了重要的参考价值。

1 管网水力模型的建立

本研究以美国国家环境保护局开发的开源软件EPANET为研究基础，模拟节点法的管网恒定流模型，其基本方程包括连续性方程和能量方程两个主要算法[3]。管网水力模型主要研究管网系统内部的特定关系及拓扑结构，为了便于模型的建立，对管网水力条件影响较小的支管进行了简化[4]。模型建立以某市城区管网为依据，城区目前有3座水厂，其月供水量为234×104m3，DN10 0的管网总长为1275km，城市管网拓扑结构如图1所示。

为校核管网水力模型的准确性，从2017年12月1日-2017年12月4日对现有的管网监测数据进行统计，现有的监测点位于小西湖、东城花园、明日星城、东海路街口、太白庙、维多利亚体育馆、建筑公司、污水处理厂、南河滩、九龙家园共11个监测点压力值进行了统计，在拓扑结构图上只选取了三个监测点（如图1）进行分析，并将监测结果与模拟结果进行比较。根据比较结果对管网水力模型进行多次修正，修正后的监测结果与模拟结果见图2，图3，图4所示。

由图2-图4可以看出，管网监测值与模拟值有较好的拟合度，且监测值与模拟值的平均误差可在5%左右，部分在2%左右。说明模拟值在进行修正后的准确度较高，本模型的建立比较准确，故可为后面的管网分区作为依据。

2 管网分区原则

2.1 管网分区方法及要求

（1）确保分区间是相互隔离，分区范围在合适的范围之内，防止分区面积的不合理导致的分区漏损的计量存在偏差；分区尽量与水源相连，保障分区供水的安全性；分区尽量少跨越干管，保证供水管网分区的完整性。（2）满足用水户用水条件，保证供水水压与水质的安全性，减少背景漏损，保证管网中的水流速度满足供水的前提下，对管网进行分区。（3）在尽量保证今后管网分区的经济成本、运行成本的条件下，减少管网进行改造所消耗的人力、财力、物力。（4）以干管上的支管作为分区的入口，结合多目标优化算法，从干管上挑选相应的支管作为起点，进行广度优先搜素，由于选取的起点不同，则会得到不同的分区方案，进而得到一系列的帕累拖分区方案。（5）选取水力参数定义管段的权值，采用迪杰斯特拉算法计算管网各个节点到水源的最短距离，进一步分析得到水源点合适的节点，考虑管网的拓扑结构，并与管段权值形式考虑管道的水力因素。

2.2 管网分区计算

首先计算各分区中的AZPi点，结合管网系统及相关定义，通过管网水力模型进行模拟，将模拟的值作为模型中顶点和边的属性值[5]。

确定模型中边的权重函数（见表1）。考虑供水管网分区方案应满足压力均衡、DMA 规模相仿的原则，结合模型的水力参数、结构参数，选取管段水头损失和管长的系数加和作为权重函数。以w表示边的权重函数，其表达式如下所示：

管网水力模型中的节点数为125个，将相应的参数输入模型进行模拟后，得到最终的AZP节点为87，具体位置见图5所示。管网水力模型的夜间最小流量出现在凌晨3点，日平均漏损量为343L/s，AZP点的漏损量平均值为278L/s。

3 分区方案的分析

根据对AZP点的确定，拟将管网拓扑结构进行分区，共分为6个区域，分三种方案进行模拟分析。

根据拓扑结构分区，分别模拟出三种方案中AZP点的漏损量及压力值，根据三种方案的结果可知（见图6，图7），三种方案的漏损量平均值分别为270.20L/s、282.25L/s、274.13L/s，压力平均值分别46.90m、43.92m、45.03m，管网平均漏损量较之前分别下降了21.2%、17.7%、20.1%。

针对分区的方法与计算方式有多种，本研究主要是针对建立管网拓扑结构，结合各分区中的AZP点，建立不同的分区方案，比对各分区中的漏损量及压力值，分析分区方式的合理性。该分区是直接指导某城区管网分区的基础，在进行分区后，会进一步对各分区中的流量及压力实时变化值进行计量，以便相关水司对城区管网进行管理，提升管理水平，降低产销差。

4 结束语

本研究参考EPANET模型的算法，通过运用管网水力模型，并应用于某城区管网某分区方案比拟。通过对城区管网拓扑结构进行分区，使用三种方案分别进行分析，得出不同的分区方案对管网拓扑结构漏损量及压力的影响，为后期水司对本地城区管网进行管理提供了科学依据。

本研究中的数据充分，模型中的数据能够与实际的监测值进行较好的匹配，增加了模拟结果的可靠性，为更大范围的在其他区域实施DMA分区方案做基础数据支撑。今后的研究中，会进一步研究分区计量漏损中对管网其他方面的考虑，如安全性、经济性等方面的研究。

参考文献：

[1]刘锋.论如何降低管网漏失率提高供水效益[J].价值工程，2010，29（7）：114.

[2]周克梅，窦建军.南京水司分区计量试点工程介绍[J].城镇供水，2008（6）：73-75.

[3]范江.基于水力模型的市政管网消防供水能力评价[D].昆明理工大学，2016.

[4]刘炎炎.给水管网水力条件对初期生物膜形成的影响[D].合肥工业大学，2017.

[5]李宏佳.沈阳市供水管网水质动态模拟研究[D].哈尔滨工业大学，2014.