H市供水管網(wǎng)水力模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立與修正

鄭蓓蓓，劉培青，蔣白懿

（1．沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168；2．天津三博水科技有限公司，天津 300041）

1 前言

供水管網(wǎng)系統(tǒng)是保證城市安全運(yùn)行和人民正常生活的基礎(chǔ)設(shè)施，也成為了城市現(xiàn)代化的標(biāo)志［1］。目前，我國(guó)大多城市供水企業(yè)的供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)管理滯后，使得系統(tǒng)較多處于“數(shù)字孤島”狀態(tài)，常以個(gè)人經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)日常生產(chǎn)管理。為使供水管網(wǎng)系統(tǒng)更好地向著供水企業(yè)期望的方向運(yùn)行，提高供水的安全可靠性，就需要建立供水管網(wǎng)水力模型，而完善的管網(wǎng)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則是模型建立的基礎(chǔ)。本文以企業(yè)供水調(diào)度決策科學(xué)化為目的，建立H市供水管網(wǎng)水力模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)管網(wǎng)管理現(xiàn)狀提出合理建議。

2 城市供水概況

H市為縣級(jí)市，中等規(guī)模城市，約有人口64萬(wàn)。該市供水管網(wǎng)以環(huán)狀和支狀結(jié)合呈現(xiàn)，市區(qū)以環(huán)狀管網(wǎng)為主，郊區(qū)為支狀管網(wǎng)。管段總長(zhǎng)約1417km。DN100及以上約1010km，DN300及以上約426km。管徑從15mm至1400mm不等，管材主要有球墨鑄鐵、鑄鐵、砼、PE等。管網(wǎng)中水表等級(jí)分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和組級(jí)表。目前有水廠甲和水廠乙兩座，加壓泵站三個(gè)，均處于停用狀態(tài)。

應(yīng)供水企業(yè)要求，對(duì)水廠乙供水區(qū)域的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行水力建模。該水廠設(shè)計(jì)產(chǎn)水量19萬(wàn)m3/d，實(shí)際供水量15.87萬(wàn)m3/d，包括A，B，C，D，E，F(xiàn)，G7個(gè)營(yíng)業(yè)所的供水區(qū)域，有著較完善的供水調(diào)度系統(tǒng)。

3 管網(wǎng)水力模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立

建立和完善管網(wǎng)水力模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是建模的首要步驟，也是建模的基礎(chǔ)［6］。而拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和附件屬性的完善性直接影響到模型的精度及后續(xù)管網(wǎng)水力模擬校核效果。根據(jù)H市現(xiàn)有不同類(lèi)型管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)——GIS數(shù)據(jù)、Auto CAD文件及Google地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字化軟件和人工錄入等手段將這些數(shù)據(jù)信息錄入到模型中生成初始模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3.1 利用GIS數(shù)據(jù)

GIS系統(tǒng)具有圖檔管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)、數(shù)據(jù)輸出等功能?？梢愿鶕?jù)各種要求，利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊輸出屬性信息或者空間信息，實(shí)現(xiàn)與建模軟件數(shù)據(jù)格式的互通以及輸出各種常用數(shù)據(jù)格式［4］。

H市管網(wǎng)建模工程采用了GIS系統(tǒng)的SHP文件數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，從中提取相應(yīng)節(jié)點(diǎn)、管道、消火栓和閥門(mén)等信息和屬性，通過(guò)模型軟件的數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口導(dǎo)入建模軟件中，生成初步的管網(wǎng)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。需要導(dǎo)入的GIS數(shù)據(jù)如表1。

表1 導(dǎo)入模型中對(duì)應(yīng)GIS字段

利用GIS數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型后對(duì)模型中的管道和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別有16250根和17105個(gè)。水力模型基于GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了GIS管理平臺(tái)與模型間數(shù)據(jù)的共享和數(shù)據(jù)整合。

3.2 利用CAD數(shù)據(jù)

模型中缺失B營(yíng)業(yè)所部分主干管數(shù)據(jù)，其提供的數(shù)據(jù)形式為CAD。將CAD管網(wǎng)文件利用數(shù)字化軟件轉(zhuǎn)換成DXF文件導(dǎo)入模型中作為背景圖后，建模人員根據(jù)背景圖補(bǔ)全缺失管網(wǎng)。另外還需要人工手動(dòng)輸入各字段的相應(yīng)屬性，主要有管道的管長(zhǎng)、管徑、管材、所屬營(yíng)業(yè)所、鋪設(shè)年代，節(jié)點(diǎn)的埋深、高程。

3.3 利用Google地理信息數(shù)據(jù)

E營(yíng)業(yè)所管網(wǎng)系統(tǒng)主要以Google地理信息平臺(tái)管理，該形式的管網(wǎng)數(shù)據(jù)無(wú)法直接導(dǎo)入模型中被利用，因此建模人員需結(jié)合Google地理信息管網(wǎng)圖和已建立的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，將該部分?jǐn)?shù)據(jù)信息在模型中補(bǔ)全。

4 模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的修正

由于H市供水企業(yè)的GIS系統(tǒng)更新不及時(shí)，導(dǎo)致模型生成后出現(xiàn)管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連通性不完整，管道未連接，附件屬性不齊全的情況。同時(shí)還存在管道改造后屬性未更新及大量廢棄管道的問(wèn)題。為提高后續(xù)模型校核精度，縮短校核時(shí)間，需對(duì)生成的初始模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行人工的修正［5-6］。

（1）管道信息更新滯后。實(shí)際管網(wǎng)中已廢除或新鋪設(shè)的管道信息并未錄入到GIS系統(tǒng)中；某些管道屬性如管材、管徑等信息的改變也未在GIS中體現(xiàn)。建模人員需收集相應(yīng)信息并錄入模型，添加要素屬性，刪除廢棄管道。

圖1、圖2分別為C營(yíng)業(yè)所修正前和修正后的部分管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比，可以清晰看到修正前管網(wǎng)中部分管道處于孤立狀態(tài)和某些管道的缺失。而修正后的管網(wǎng)有較好的連通性和完整性。

圖1 修正前拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 修正后拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（2）管道連貫性出錯(cuò)。對(duì)模型中管道和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連通性排查，出現(xiàn)部分管道上下節(jié)點(diǎn)未連接和孤立節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤。對(duì)這類(lèi)問(wèn)題解決方式是基于實(shí)際管網(wǎng)的鋪設(shè)，并利用軟件中相應(yīng)功能將該部分錯(cuò)誤更正，以保證管網(wǎng)的連貫性。

通過(guò)軟件中排查工具排查未連接管道，發(fā)現(xiàn)有3021根孤立管道。其中節(jié)點(diǎn)P_Connect-2244及下游管道L_FlowPipe-6724與上游管道L_FlowPipe-6702呈斷開(kāi)狀態(tài)，如圖3。經(jīng)過(guò)修正，使得節(jié)點(diǎn)與管道L_FlowPipe-6702保持連通，保證了上、下游管道的連貫性。如圖4。

圖3 管道6724與6702斷開(kāi)狀態(tài)

圖4 管道6724與6702連通狀態(tài)

閥門(mén)作用及開(kāi)關(guān)不明確。該市管網(wǎng)中閥門(mén)按其作用分為三類(lèi)，分別有應(yīng)急、切換水源和控制流量。在對(duì)模型中閥門(mén)的作用及開(kāi)啟情況進(jìn)行調(diào)查和詢(xún)問(wèn)工作人員，發(fā)現(xiàn)存在作用分類(lèi)不明確、開(kāi)啟或關(guān)閉狀況與實(shí)際不符等情況。與營(yíng)業(yè)所工作人員核實(shí)信息后，在模型中更進(jìn)這部分閥門(mén)信息并做好記錄。

更進(jìn)后的閥門(mén)現(xiàn)狀，按開(kāi)啟度分為：14個(gè)關(guān)閉，16個(gè)全開(kāi)，18個(gè)半開(kāi)；按作用分為：7個(gè)應(yīng)急，3個(gè)切換水源，38個(gè)控制流量。

5 結(jié)語(yǔ)

利用不同形式的管網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)一定的方式將其錄入水力模型中完成H市管網(wǎng)水力模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立，并對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修正使其更加完善。鑒于此次管網(wǎng)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立，為使模型更好運(yùn)用于長(zhǎng)期實(shí)踐需要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，給出以下建議：

（1）建模過(guò)程中各營(yíng)業(yè)所提供的數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)水平不一，應(yīng)使用統(tǒng)一的管網(wǎng)信息管理平臺(tái)，如GIS系統(tǒng)，方便后期模型的管理和更新維護(hù)工作。

（2）導(dǎo)入模型中的GIS數(shù)據(jù)信息滯后，可以設(shè)立專(zhuān)門(mén)的管網(wǎng)信息管理部門(mén)，做好GIS數(shù)據(jù)信息及時(shí)更新和維護(hù)工作。

（3）管網(wǎng)中水表和閥門(mén)的名稱(chēng)、地理位置、屬性的更改應(yīng)做好相應(yīng)記錄，統(tǒng)一各營(yíng)業(yè)所和水司一體化平臺(tái)中水表信息，方便日后查詢(xún)。

（4）成立水力模型實(shí)時(shí)更新和維護(hù)部門(mén)，使模型時(shí)刻保持新鮮力和活力。

［1］謝秋向.城市給水管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行模型的探討［J］.黑龍江科技信息，2012，11：20.

［2］段煥豐.城市供水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模技術(shù)研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

［3］魯旭.給水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力建模數(shù)據(jù)分析與管理［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

［4］壽利冰.GIS系統(tǒng)在給水管網(wǎng)數(shù)據(jù)資料采集中的重要性［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，3：98.

［5］陳明吉，鄧濤，耿為民，等.上海市自來(lái)水市北公司供水管網(wǎng)信息化建設(shè)與展望［J］.給水排水，2008，9：117-121.

［6］張璽楊，張蕊，施銀煥.大型供水企業(yè)管網(wǎng)水力模型建立和校核過(guò)程研究［J］.城鎮(zhèn)供水，2013，5：71-79.