給水管網(wǎng)建模是水司實現(xiàn)科學化管理必經(jīng)之路

陶建科
上海敢創(chuàng)信息技術有限公司

　　摘要：給水管網(wǎng)建模是進行管網(wǎng)分析的新概念。文中作者結合自己11年來的給水管網(wǎng)建模實踐經(jīng)驗，闡述了給水管網(wǎng)建模發(fā)展歷程、模型基本概念、模型的作用及建立成功給水管網(wǎng)模型關鍵問題，最后指出了給水管網(wǎng)建模是水司實現(xiàn)科學化管理必經(jīng)之路，具有實踐指導作用。
　　關鍵詞：管網(wǎng)建模 經(jīng)驗 概念 作用 關鍵問題 科學化 必經(jīng)之路

Building Water Distribution Models is the Only Road for Water Companies to Realize Scientific Management

Tao Jianke
Shanghai Creative IT Ltd. Co.

『Abstract』Building water distribution models is the new concepts for analyzing water distribution systems. In the paper the development history of water distribution models and the model basic concepts and the model functions and the key questions to build successful water distribution models are described by the author with himself 11 years’ practical experiences. Finally, the author points out it is the only road for water companies to realize scientific management. This paper has guidance function of practice.

Key Words: Building water distribution models Experiences Concepts Functions Key questions Scientific The only road

1 前言

　　掌握給水管網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)運行工況，是管理者從事給水系統(tǒng)管理的必然要求。給水管網(wǎng)系統(tǒng)建模是為仿真模擬管網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)實時運行工況而建立數(shù)學模型的過程，一方面，通過給水管網(wǎng)模型，可以掌握已建管網(wǎng)的實時運行狀況，分析管網(wǎng)系統(tǒng)中各個構成部分的運行功能，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)現(xiàn)狀存在的問題，預測管網(wǎng)維護和改造對總體系統(tǒng)的影響，科學合理地制定近期、遠期的管網(wǎng)改造和改擴建方案，另一方面，通過給水管網(wǎng)模型，可以分析和預測在不同的管網(wǎng)運行邊界條件下，供水系統(tǒng)的運行工況如何，為管網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行、提高運行效率、節(jié)能降耗及提供企業(yè)客戶服務水平提供輔助決策支持。
　　 到目前為止，給水管網(wǎng)建模是仿真給水管網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)工況的最有效的方法^[1]，它能夠提供供水系統(tǒng)最有價值的信息，有助于供水管理者實現(xiàn)管網(wǎng)科學化、現(xiàn)代化管理。開展給水管網(wǎng)系統(tǒng)建模，建立高質(zhì)量的給水管網(wǎng)模型對管網(wǎng)系統(tǒng)進行優(yōu)化改造、進行漏水量控制、指導管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化運行是我國城市供水行業(yè)在今后5－10年內(nèi)的科技創(chuàng)新發(fā)展方向，也是我國供水行業(yè)在近期迫切需要解決的問題。
　　 作者在過去11年期間，參與了我國十多家供水企業(yè)給水管網(wǎng)建模工作，其中負責或主要參與完成的靜態(tài)或動態(tài)給水管網(wǎng)建模課題有：上海市自來水公司給水管網(wǎng)建模、上海浦東威望迪自來水公司給水管網(wǎng)建模、上海市自來水市北公司寶山供水系統(tǒng)管網(wǎng)建模、南京市自來水總公司給水管網(wǎng)建模、南寧市自來水公司給水管網(wǎng)建模、上海市跨大海大橋長距離供水系統(tǒng)管網(wǎng)建模、佛山供水總公司給水管網(wǎng)建模、寧波市自來水總公司給水管網(wǎng)建模、濰坊市自來水總公司給水管網(wǎng)建模、龍江自來水公司給水管網(wǎng)建模，等等，取得了一定的經(jīng)驗，希望能與大家一起分享，共同推動我國城市供水系統(tǒng)自動化和信息化管理應用水平。

2 給水管網(wǎng)建模發(fā)展歷程^{[ 2 ]}

　　計算機技術應用在給水管網(wǎng)設計、優(yōu)化分析、運行最優(yōu)化和管理方面，已經(jīng)經(jīng)歷了40多年的發(fā)展歷程，國外同行專家稱這40多年的給水管網(wǎng)建模研究和應用的歷史為“計算的歷史”。在我國，同濟大學楊欽教授在70年代開創(chuàng)了計算機在我國給水管網(wǎng)計算和應用方面的先河，并親自設計出了“7512程序”，在當時使得我國給水管網(wǎng)建模理論水平與世界同步，為今天我國給水管網(wǎng)建模理論和實踐的發(fā)展作出了歷史性的突出貢獻。
　　 給水管網(wǎng)建模從60年代以后開始，一向被認為十分困難的管網(wǎng)平差計算工作，由于電子計算機的快速運算和準確存儲記憶功能而變得方便可行，使給水管網(wǎng)的設計和管理走向了科學化和數(shù)量化。為了不斷提高給水技術的科技水平，計算機應用技術的科學研究不斷地深入，出現(xiàn)了不斷更新?lián)Q代的應用成果。40多年來，計算機已經(jīng)經(jīng)歷了多代更新，給水工程中的專業(yè)應用軟件和技術也在不斷地同步擴展和提高，從目前看來十分簡單的管網(wǎng)平差計算程序開始，繼而涌現(xiàn)出了管網(wǎng)運行實時動態(tài)模擬、計算機監(jiān)測監(jiān)控、優(yōu)化設計、優(yōu)化調(diào)度、自動化管理與運行等，最終實現(xiàn)供水系統(tǒng)閉環(huán)自動化優(yōu)化運行過程，使得計算機技術已成為給水系統(tǒng)現(xiàn)代化運行調(diào)度和管理水平的重要標志和前所未有的科技進步。
　　 在工業(yè)和科技發(fā)達國家，城市給水系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了全部計算機化的設計和管理，甚至實現(xiàn)了整個供水系統(tǒng)閉環(huán)優(yōu)化運行，無人化操作。由計算機總控系統(tǒng)通過遠程監(jiān)控、遠程數(shù)據(jù)傳輸和程序控制，實現(xiàn)源水水質(zhì)、水位監(jiān)視、水泵運行調(diào)度、自動加藥控制、濾池過程控制、管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度、系統(tǒng)運行核算等給水系統(tǒng)全過程運行控制和管理。通過計算機實現(xiàn)了無人化、無紙化的過程控制和檔案管理，甚至包括了財務、人事等工作。上述過程大致經(jīng)歷了以下三個階段：
　　· 第一階段：管網(wǎng)平差計算技術（1960-1980）。將供水管網(wǎng)基礎資料進行簡化，結合供水系統(tǒng)規(guī)劃水量及壓力要求，進行管網(wǎng)水力平查計算，進行多工況校核，如：高日高時、事故時、消防時及最大轉輸時，保證管網(wǎng)運行時的壓力和流量滿足要求。這一階段就是利用管網(wǎng)水力平查計算技術進行管網(wǎng)設計、運行工況計算和校核，提高供水系統(tǒng)設計和管理水平。
　　· 第二階段：管網(wǎng)資料管理、運行分析及管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度（1980-1990）。開展供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)建設，矢量化供水管網(wǎng)基礎資料、將管網(wǎng)系統(tǒng)屬性資料和空間數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一設計，提出供水管網(wǎng)建模標準方法，給水管網(wǎng)水力模型和水質(zhì)模型進入成熟應用階段。開展供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度及專家系統(tǒng)的建設工作，將實現(xiàn)供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度、管網(wǎng)水質(zhì)分析與診斷、減少供水系統(tǒng)自來水漏失及供水成本作為研究的重點和實現(xiàn)的最終目標。這一階段就是利用計算機數(shù)據(jù)庫技術、管網(wǎng)模型工具及優(yōu)化算法，提高供水系統(tǒng)運行效率和資料管理水平，稱之為信息化的初級階段。
　　· 第三階段：自動化優(yōu)化運行與管網(wǎng)信息化管理（1990-）。建立供水系統(tǒng)優(yōu)化運行和調(diào)度管理統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，應用計算機信息化和自動控制技術實現(xiàn)給水管網(wǎng)運行仿真模擬和科學調(diào)度，通過建立管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)和管網(wǎng)壓力、流量及水質(zhì)監(jiān)測SCADA系統(tǒng)，應用計算機軟件進行管網(wǎng)水力及水質(zhì)動態(tài)實時模擬和管網(wǎng)運行科學調(diào)度，通過制定經(jīng)濟的離線和在線運行調(diào)度方案，統(tǒng)一調(diào)度各泵站的水泵運行，保障管網(wǎng)系統(tǒng)水量和水壓的優(yōu)化分布，優(yōu)化供水能耗和供水成本，降低管網(wǎng)中爆管事故的發(fā)生概率，提高供水安全性和企業(yè)服務水平，實現(xiàn)城市供水科技現(xiàn)代化。這一階段的重要特征：自控設備安裝調(diào)試、給水專業(yè)軟件開發(fā)及接口設計（管網(wǎng)建模、GIS、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、PLC）。這一階段的目標就是要實現(xiàn)整個供水系統(tǒng)在保證滿足供水需求的前提條件之下，系統(tǒng)運行成本最低，實現(xiàn)自動化無人化優(yōu)化操作，稱之為高度的信息化與自動化階段。
　　 目前，在國外的一些工業(yè)和科技發(fā)達的國家，供水系統(tǒng)的運行調(diào)度和管理實現(xiàn)了供水系統(tǒng)閉環(huán)、優(yōu)化自動化控制過程，如：泰晤士水司、悉尼水司等。我國和世界供水先進國家還有較大的差距，處于供水系統(tǒng)自動化和信息化初級階段。

3 明晰幾個概念^{[ 2 ] [3 ]}

　　管網(wǎng)模型總體上分為兩大類，它們是：宏觀模型和微觀模型，傳統(tǒng)意義上講的管網(wǎng)建模是指建立供水系統(tǒng)微觀模型，是一個建立數(shù)學模型的過程，通過數(shù)據(jù)收集和整理、現(xiàn)場測試、節(jié)點水量分配、模型校驗等步驟最終建立起的供水系統(tǒng)微觀模型。宏觀模型是在1975年由Robert Demoyer等學者首先提出的，理論的建立基于“比例負荷”的假設，應用“黑箱理論”的基本思想，直接在歷史數(shù)據(jù)的基礎上，借助統(tǒng)計回歸的分析方法建立回歸曲線方程，即為宏觀模型，缺點是忽略了管網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構關系，不能計算管道和節(jié)點的工況參數(shù)，不能用于供水系統(tǒng)的新建、改擴建建模，多用于供水系統(tǒng)調(diào)度建模。供水系統(tǒng)微觀模型是按供水系統(tǒng)的實際情況，考慮了管網(wǎng)實際的網(wǎng)絡拓撲結構關系，其優(yōu)點在于貼切地反映了供水系統(tǒng)拓撲結構的真實性，能夠用于供水系統(tǒng)中以任一元素為決策變量的研究，優(yōu)點是顯而易見的，缺點在于建模工作量較大，要求系統(tǒng)資料比較完備，模型越細化，維護越困難，計算時間越長。隨著計算機水平的高速發(fā)展，象上海這樣特大型供水系統(tǒng)，利用計算機微觀模型計算，可以滿足在線實時模擬要求。
　　 供水系統(tǒng)管網(wǎng)模型發(fā)展過程中，除了出現(xiàn)上面兩個根本的概念外，還出現(xiàn)了其它的一些概念，如“集結模型”、“等價模型”、“簡化模型”等，它們是歷史發(fā)展過程中的產(chǎn)物，屬于宏觀模型和微觀模型的范疇。“集結模型”和“等價模型”屬于宏觀模型，都沒有考慮實際的管網(wǎng)拓撲結構關系，“簡化模型”輸入微觀模型。給水管網(wǎng)微觀模型建立時，一般都是建立“簡化模型”，沒有必要將所有的信息（包括水表等）都建立在模型當中。如果管網(wǎng)微觀模型能夠滿足供水系統(tǒng)日常維護、維修、檢漏、用戶用水困難調(diào)查等業(yè)務，稱之為“詳細模型”，如果管網(wǎng)微觀模型只是為了滿足供水系統(tǒng)宏觀規(guī)劃、主干管優(yōu)化調(diào)度的研究，稱之為“戰(zhàn)略模型”，這兩種模型是沒有絕對的界線。
　　 管網(wǎng)建模分為兩大類型：建立供水系統(tǒng)水力模型和水質(zhì)模型。如果模擬仿真計算是一個時間點上的工況，如：高日高時、消防時、事故時等工況，傳統(tǒng)上稱之為“水力或水質(zhì)平查計算”或“靜態(tài)模型”，如果模擬仿真計算是一天24小時或更長的時間，并連續(xù)模擬計算，我們稱之為“動態(tài)模型”或“延時模擬計算”。根據(jù)建立起來的管網(wǎng)模型與SCADA系統(tǒng)是否實現(xiàn)接口，是否進行同步運算和模型校核，又分為“在線實時模擬”和“離線模擬”。

4 給水管網(wǎng)建模的作用

　　給水管網(wǎng)建模能夠?qū)⒐┧到y(tǒng)運行工況再現(xiàn)在計算機屏幕上，它能夠回答供水系統(tǒng)中任何水力邊界條件如果發(fā)生變化的情況下，預測供水工況的變化，能夠回答水壓、流量、水質(zhì)參數(shù)是否滿足要求，水泵用電是否經(jīng)濟等問題，然而，在供水系統(tǒng)管理的過程中我們是不能做試驗，或許是代價太高，正式因為這一點，給水管網(wǎng)模型能夠幫助管理者制定科學的合理的決策，提供技術依據(jù)。
　　 本節(jié)中談到給水管網(wǎng)建模的作用主要是指管網(wǎng)水力模型，因為在我國建立供水系統(tǒng)水質(zhì)模型剛剛開始，處于探索階段。給水管網(wǎng)建模成果具有如下功能^{[1 ]}：
　　 · 供水系統(tǒng)的規(guī)劃、設計及改擴建；
　　 · 能指導和幫助安排檢漏工作；
　　 · 管網(wǎng)改造優(yōu)先性評估；
　　 · 診斷管網(wǎng)中的異常情況，如：錯關閥門，摩阻突變等，并提出解決方案；
　　 · 分析事故或工程對用戶用水的影響程度，分析居民用水困難原因；
　　 · 調(diào)查大規(guī)模供水系統(tǒng)中水打回籠現(xiàn)象，尋找季節(jié)性閥門經(jīng)濟開度；
　　 · 進行每天管網(wǎng)運行工況分析，增強調(diào)度員調(diào)度信心，做到心中有數(shù)，培訓調(diào)度員；
　　 · 幫助選定管網(wǎng)中測點位置，優(yōu)化測點布置；
　　 · 在水力模型基礎上開發(fā)水質(zhì)模型；
　　 · 管網(wǎng)水力動態(tài)模型與SCADA系統(tǒng)相連，可實現(xiàn)在線實時調(diào)度，為進一步實現(xiàn)離線或在線優(yōu)化調(diào)度提供基礎，是它的前期工作；
　　 等等。

　　作者完成的我國十多個大型的城市給水管網(wǎng)建模項目中，每個項目都產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益，不但提高了公司管網(wǎng)系統(tǒng)科技管理水平，培養(yǎng)了人才，而且每個項目產(chǎn)生的實際經(jīng)濟效益都遠遠超過項目的實際總投資。
　　 案例一：上海市自來水公司于1998年3月份完成了供水管網(wǎng)動態(tài)水力模型^{[4 ]}，（1）管網(wǎng)模型建立過程中發(fā)現(xiàn)一些中途泵站打回籠水^{[5 ]}，它們是新閘泵站、膠州泵站、仙霞泵站、場中泵站、和田泵站、金沙江泵站、普雄泵站、泗塘泵站、汶水泵站、宜川泵站和寶安泵站，通過計算發(fā)現(xiàn)1996年平均合計打回籠水為2.1m³/s，假定最低供水服務壓力為14米，電費0.60元/kw.h計，通過模型診斷，關閉一些閥門，每年可節(jié)約電費270萬元。（2）1998年6月16日至17日上海市五角場環(huán)島內(nèi)DN1000和DN700管道改接^{[6 ]}，施工過程中將嚴重影響附近用戶用水，通過模型模擬分析施工過程，預測降壓范圍和每個時間段的降壓幅度，為制定緩解用水困難的措施提供決策支持。（3）技術人員通過管網(wǎng)模型發(fā)現(xiàn)從楊樹浦水廠一根DN1000口徑的出廠管道輸水到外灘附近^{[5 ]}，壓力降低不正常，通過管網(wǎng)模型分析，判斷是DN1000管道漏水、或者是DN1000管道上有一段小口徑管道、也可能是管道上閥門掉了下去等等，在管網(wǎng)模型分析支持下，展開現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)是DN1000管道上閥門芯掉了下去，拿掉壞損的閥門芯后，該管道壓力平均上升了7米，附近的吳淞路泵站可以全年停開，不影響正常供水壓力，每年節(jié)省的費用為一座泵站的運行、維護和管理費用，經(jīng)濟效益明顯。（4）以上列出的是比較容易量化的，上海市供水管網(wǎng)模型所發(fā)揮的作用遠不止以上這些，比如說，應用在供水系統(tǒng)的規(guī)劃設計、日常調(diào)度、培訓調(diào)度員，為開展供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度工作提供基礎等等。
　　 案例二：南京市自來水總公司管網(wǎng)建模項目于2002年完成^[7]，（1）在上元門水廠改造工程中，二泵房水泵原額定揚程為59m，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)該揚程偏高，水泵將運行于低效區(qū)，通過管網(wǎng)模擬分析，確定改造后二泵房水泵的揚程為50m，該泵房供水規(guī)模20萬m3/d，電費0.54元/kw.h計，每年可節(jié)約電費106萬元。（2）在福建路管道改造工程中，原計劃埋設直徑為DN800mm長為2707m的管道，模擬分析計算，認為管徑DN500能夠滿足需求，最終采用DN500mm，結果運行狀況良好，節(jié)約工程投資223萬元。（3）在2002年底，優(yōu)化調(diào)度試運行期間，節(jié)省電耗2.37%^{[8 ]}，一年節(jié)省二泵房電費75.92萬元，另外通過管網(wǎng)科學調(diào)度，降低了供水系統(tǒng)中平均服務壓力，減少供水管網(wǎng)漏失，有利于管網(wǎng)運行安全，供水調(diào)度技術水平上了一個臺階。
　　 案例三：寧波市自來水總公司管網(wǎng)建模項目于2005年完成^[9]，建立了寧波市給水管網(wǎng)詳細模型（DN≥300mm）和戰(zhàn)略模型（DN≥500mm），（1）通過高精度的管網(wǎng)戰(zhàn)略模型分析，提出了寧波市供水主干管環(huán)網(wǎng)的高速公路規(guī)劃思想，確定了環(huán)網(wǎng)口徑，中國供水系統(tǒng)“第一環(huán)網(wǎng)”得到了中國專家和世界銀行專家高度的認可，獲得了世界銀行貸款1.1億美金。（2）給水管網(wǎng)詳細模型已經(jīng)成功的應用在供水系統(tǒng)日常運行管理過程中。
　　 案例四：濰坊市供水管網(wǎng)建模于2004年底完成^[10]，管網(wǎng)模型的應用取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。（1）供水系統(tǒng)改擴建：利用供水管網(wǎng)模型，提出了供水系統(tǒng)改擴建方案，通過管網(wǎng)動態(tài)水力模擬和工況分析發(fā)現(xiàn)原現(xiàn)狀供水系統(tǒng)中水流流速處于經(jīng)濟流速范圍內(nèi)的管道數(shù)從676根提升到762根，新規(guī)劃主干管道水流流速均處于經(jīng)濟流速范圍之內(nèi)，同時計算出新建白浪河水廠出廠所需壓力，為二泵房選泵提供參數(shù)。（2）在線實時工況模擬：在線實時水力模擬系統(tǒng)在調(diào)度中心24小時運行，調(diào)度員通過該系統(tǒng)可隨時了解整個管網(wǎng)當前的工作狀況，大大地增強了調(diào)度員作出調(diào)度決策的自信心。（3）開展經(jīng)濟調(diào)度工作：濰坊市供水管網(wǎng)在線實時水力模擬軟件系統(tǒng)提供多方案費用比較功能，為調(diào)度員開展供水系統(tǒng)的優(yōu)化運行管理提供了很好的工具。調(diào)度技術人員先預測明天的需水量，制定滿足需水量的多個經(jīng)驗調(diào)度方案，設置控制點壓力，通過模型動態(tài)模擬計算，找到運行費用最低的調(diào)度方案。
　　 案例五：南寧市給水管網(wǎng)規(guī)劃設計與運行管理計算機軟件開發(fā)應用項目于2005年5月驗收^[11]，項目成果已經(jīng)用于南寧市供水管網(wǎng)的規(guī)劃、設計及改擴建工作，發(fā)揮了巨大作用，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。（1）進行了南寧市供水管網(wǎng)系統(tǒng)2010年、2020年供水規(guī)劃，指導了南寧市供水管網(wǎng)改擴建工作。（2）隨著南寧市的發(fā)展，邕寧自來水供水系統(tǒng)并入南寧市自來水管網(wǎng)，利用該項目成果成功的輔助完成了這一工作。（3）在南寧市“136市政建設”工程過程中，項目成果應用在供水主干管規(guī)劃，保證了決策的正確性。
　　 案例六：佛山市供水總公司管網(wǎng)模型于2003年11月17日完成初步驗收^[12]，進入試用階段，（1）在魁奇西路DN1000mm管道安裝工程中，因沙崗舊路DN800和D N400管阻礙施工，將其臨時截斷。事先利用了管網(wǎng)模型進行截管狀態(tài)和壓力影響模擬計算，得出結論：截管造成瀾石區(qū)域供水壓力不同程度的降低，導致部分用戶在周末用水高峰時段可能出現(xiàn)斷水問題，據(jù)此進一步提出解決方案，并最終確保了市民用水。（2）為了配合道路的施工，公司規(guī)劃新裝一條長約2200m的給水管來取代現(xiàn)有三條舊給水管。通過模擬軟件分析表明，安裝DN800管對于沿線的各用戶水壓基本維持現(xiàn)狀，且略有提高，決定選用DN800管道，節(jié)約投資近700余萬元。（3）對2004年、2005年春節(jié)等重大節(jié)假日及管網(wǎng)重大工程施工期間的供水調(diào)度方案進行模擬校核，通過多方案優(yōu)選，修正調(diào)度決策，保證了管網(wǎng)供水安全性，提高了供水服務質(zhì)量和管理水平。
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　　 總之，供水系統(tǒng)管網(wǎng)模型在開展供水系統(tǒng)規(guī)劃設計、管網(wǎng)改擴建、運行調(diào)度和管理過程中作用巨大，供水系統(tǒng)運行管理離不開供水管網(wǎng)模型。

5 建立成功給水管網(wǎng)模型關鍵問題

　　管網(wǎng)系統(tǒng)基礎資料的完備程度和準確性直接影響到模型的精度，它們是建立成功給水管網(wǎng)模型關鍵問題之一^[1]。這些基礎資料包括靜態(tài)資料和動態(tài)數(shù)據(jù)。靜態(tài)資料主要來自管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，包括管網(wǎng)拓撲結構關系^[13]、管網(wǎng)元素的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)、水泵特性曲線等。動態(tài)資料數(shù)據(jù)來自SCADA系統(tǒng)，是管網(wǎng)實時運行的數(shù)據(jù)^[14]，如：水泵的開關狀態(tài)、閥門的開度、水庫的動態(tài)水位、實時監(jiān)測的壓力點和流量點數(shù)據(jù)等。
　　 管網(wǎng)中不確定參數(shù)的估值是影響到建立成功管網(wǎng)模型關鍵問題之二^{[1] [15] [16]}。管網(wǎng)中不確定的參數(shù)主要有：管道實際口徑、摩阻值及節(jié)點流量的計算。由于管道內(nèi)部結垢或變形使得管道實際內(nèi)徑和計算內(nèi)徑存在較大的差異，它們都會極大的影響水力條件。管網(wǎng)建模過程中，管道數(shù)量巨大，不可能每根管道都進行摩阻值測定，常采用抽樣的方法，由點推廣到面，由于不同水廠出水的水質(zhì)不同，水在管道中停留時間也不一樣，流速相差較大，導致就算是從一個廠家購買的同樣型號管道，由于管道使用時間較長，摩阻值也可能相差巨大。模型中節(jié)點流量是實際供水系統(tǒng)中用戶用水的簡化，管網(wǎng)模型拓撲結構越詳細，節(jié)點流量誤差就越明顯，由于不是所有用戶用水都被實時監(jiān)測，用戶用水模式曲線在計算節(jié)點流量時總是要使用的，因此誤差一定存在。如何進行管網(wǎng)中不確定參數(shù)的估值，國內(nèi)外許多學者進行了研究，被稱之為狀態(tài)參數(shù)評估。
　　 給水管網(wǎng)建模經(jīng)驗是直接影響到建立成功管網(wǎng)模型關鍵因素之三^[3] 。從來沒有在實踐過程中建立管網(wǎng)模型的專家，是不可能建立起一個接近真實供水系統(tǒng)運行的仿真模型，因為實踐過程中影響的因素太多，是哪個因素導致該誤差的產(chǎn)生是沒有辦法判斷的，如：一個節(jié)點的計算壓力比實測高很多，是測試儀器或測試條件出了問題，還是管道阻力偏小，還是其它原因？都有可能，無法確定。在建立任何一個復雜的供水管網(wǎng)模型時，總是會存在諸多的不確定參數(shù)，模型校驗階段不可能不存在大量的異常，如何解決這些問題？回答：憑借管網(wǎng)建模工程師扎實的理論基礎和豐富的實踐經(jīng)驗到實踐中尋找。一個大型的給水管網(wǎng)模型的校驗，對于任何管網(wǎng)建模工程師來說都是巨大的挑戰(zhàn)。

6 給水管網(wǎng)建模是水司實現(xiàn)科學化管理必經(jīng)之路

　　給水管網(wǎng)模型是現(xiàn)實管網(wǎng)供水狀態(tài)的仿真，是認識供水系統(tǒng)運行狀態(tài)（水力和水質(zhì)）的最有力工具，只有掌握了現(xiàn)實供水系統(tǒng)的供水狀態(tài)，才能對癥下藥，收到預期的效果。
　　 為什么供水系統(tǒng)中漏失率一直偏高？為什么用戶在高峰用水時，水泵全開，用戶用水量還是偏小，甚至斷流？為什么管網(wǎng)“自然爆管”頻率高，是材質(zhì)問題，還是水力條件不好？為什么千噸供水能耗距高不下，原因如何？等等問題，回答這些問題是需要借助給水管網(wǎng)水力模型的，尋找解決問題的根本。為什么水廠出水水質(zhì)遠超過歐盟標準，而管網(wǎng)水不能生飲，管網(wǎng)水水質(zhì)變化的原因是什么？如何進行管網(wǎng)水水質(zhì)控制？等等問題，都需要借助給水管網(wǎng)水質(zhì)模型作為輔助工具，尋找問題的根本。
　　 毋庸置疑，給水管網(wǎng)建模是進行管網(wǎng)分析的新概念，是解決目前供水系統(tǒng)中突出問題的根本，是水司實現(xiàn)科學化管理必經(jīng)之路。我們堅信給水管網(wǎng)模型的應用必將從“靜態(tài)”走向“動態(tài)”、從“延時”走向“實時”、從“離線”走向“在線”，最終實現(xiàn)全供水系統(tǒng)閉環(huán)自動化優(yōu)化控制過程，朋友，讓我們一起努力吧。

參考文獻

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陶建科 1970年8月 上海敢創(chuàng)信息技術有限公司 總經(jīng)理 高級工程師
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