郑州市供水管网数学模拟系统的建立及其应用研究

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1、郑州市供水管网数学模拟系统的建立及其应用研究112施东文李固巧杨正宇郑州市自来水公司摘要：本文以郑州市供水管网的数学建模为例，阐述了管网建模的基本方法。并且以管网管理评估和爆管突发事件的应急调度管理为例，探讨了如何运用管网模拟系统来进行辅助决策，并对模型的改进及维护提出了建议。关键词：供水管网水力模拟MIKENET预案分析SetupofWaterDistributionNetworkModelinZhengzhouandItsApplicationStudyShiDongwenLiGuqiaoYangZhen

2、gyuAbstract:ThispapertakesthemathematicalmodelsetupforthewaterdistributionnetworkinZhengzhouasanexample.Thebasicmethodologyisdescribed。ThemodelisalsousedasatoolinDSS(DecisionSupportSystem)tohelptoevaluatetheoperationofdistributionnetworkandhandleanemergency

3、incident—pipeburst.Suggestionsarealsoprovidedtomaintainandimprovethemodel.Keywords:WaterdistributionnetworkHydraulicmodellingMIKENETScenarioAnalysis1．引言郑州市自来水公司目前设计日供水能力为107万立方米，供水面积262平方公里，管网长度1610公里。目前有柿园水厂、石佛水厂、东周水厂、白庙水厂等4个水厂。随着中国经济的持续的发展，郑州作为中原的重要城市，城市供

4、水管网面临着新的挑战，主要表现为郑州给水管网的改扩建和如何对于整个管网进行科学的管理。郑州市的管网改扩建主要是由于郑州市新区的开发和原有管网的老化引起的，原有的部分给水设备的调度的不科学性，原有管段的规划的不合理性造成了一些管网管理上面的问题。长期以来，郑州市供水管网的日常管理(主要指泵站调度，管网的维护，应急预案的建立)主要是凭借经验，而不是建立在科学的理论体系之上。目前，世界上先进国家的自来水公司都已经逐步完善了供水管网的科学管理系统，而建立供水管网数学模拟系统是建立科学管理系统的核心部分之一。为了提高管

5、理水平和供水安全性，郑州自来水公司开始建立供水管网数学模型，采用了丹麦水利研究院DHI的供水管网数学模拟软件MIKENET,主要用于给水管网规划分析，优化现有的给水设施和管网，规划新给水设施，为郑州市供水系统的改扩建提供宏观的、总体的分析策略。同时通过对供水系统的日常管理、维护和更新的活动分析，提供科学的操作管理方法，为区域性的给水管网规划、设计和更新的优先性评估提供科学依据。为突发事故（如爆管）提供应急预案选择。2．供水模型的建立2．1数据的准备和录入根据管网模型建立的要求，对所需要的数据进行了收集，主要包

6、括1：1000的地形图，管网图和水源，水泵，阀门的基础资料。这些构成了管网数学模型的基本元素，需要对这些信息进行处理，如管段的合并和舍取。事实证明，在没有GIS系统的情况下，对这些数据的整理和录入需要很大的工作量，也需要技术和经验的配合。由于供水管道的粗糙度没有进行实测，根据管道的材质和管龄对粗糙度进行了赋值。水厂水泵的参数采用铭牌上面的参数，包括流量和扬程。在管网建模中需要对总的用水量的分配，本项目研究把用水类型划分为综合、居民、三班制工业企业、二班制工业企业、一班制工业企业、服务业、行政办公、学校、医院计

7、九种类型。并于2001年进行了用水量变化曲线的现场测试。通过连续测定特定的、有代表意义的用户，得到工作日、节假日共１６条用水曲线，计算时进行直接调用。对于文化、市政设施等未经测试、难以确定的用户类型，全部采用曲线1（综合）替代。模型默认的用水类型为１，也即综合类型。其中，用户类型为医院的实测用水曲线出现夜间高、白天低的状况，据了解，这是由于所测对象采用二次供水的原因，郑州市医院采用二次供水较普遍，此曲线仍被采用。对于管网损漏部分，实际应该是按照管网中的压力不同而进行变化的，考虑到这一部分很难考量，假设损漏水量

8、是不随时间变化的，为一直线。在用水量规律的测试中，基本选取是单位或小区的总表，其中已包括水表后的管道的区域漏水量，但主要是包含在市政管网中的漏水量，假设为总用水量的5%。根据记录，2004年8月9日为当年的用水最高日，本研究提取了2004年８月消费水量排列位居前一千位的用户，对其用水量根据地图所在位置进行了分配。剩余用水量约2414L/s按照管长进行了管段沿线分配。对于供水区域的边缘区域，由于分布管