利用WaterGEMS模擬水廠投產(chǎn)運行情況

北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司水質(zhì)監(jiān)測中心 常思博，蘇悰，付文征

一、WaterGEMS模型軟件

該系統(tǒng)可以有效地識別出潛在的問題區(qū)域，適應(yīng)用水區(qū)域，規(guī)劃用水方案。該系統(tǒng)可以為水泵準(zhǔn)確建模，優(yōu)化水廠水泵的運行方式，設(shè)置關(guān)閉和日常運行的時間，將中斷情況降到最低從而提高供水效率，并對復(fù)雜的給水系統(tǒng)進(jìn)行簡化操作。該系統(tǒng)可以提供當(dāng)供水設(shè)備設(shè)施需要維護(hù)維修時的臨時供水方案。

二、模型建立

在GIS內(nèi)容列表中，分別把圖層下方的消火栓、排氣、節(jié)點、閥門、測流、干線導(dǎo)出Shp格式數(shù)據(jù)到新建的文件夾中。

打開WaterGMES軟件，在彈出框中點擊“新建項目”，然后在工具欄中點擊“建模器”，將上述保存的文件夾中的Shp格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型，然后點擊下一步，在容差設(shè)置中，可設(shè)置容差為0.1米，模型創(chuàng)建完成。

三、其他附屬設(shè)施組件加入模型

需要把水庫、水泵組件等信息加入模型并進(jìn)行實際定義，模型方可進(jìn)行計算運行，需要添加的信息包括：水泵曲線、水廠與管網(wǎng)連接關(guān)系、用戶用水量、用水曲線、控制閘門及當(dāng)日工況等。

四、管網(wǎng)水力模型的校準(zhǔn)

（一）手工校核

通過對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目刂疲源_保該數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的底層精度。同時，手動調(diào)校還應(yīng)包括對儀器精度的調(diào)校，以及對所測量數(shù)據(jù)可靠性的驗證[1]。手動檢查對照過程中如果發(fā)現(xiàn)了錯誤，這可以通過現(xiàn)場調(diào)查、實證分析等方法進(jìn)行矯正，以上過程稱為手工校核。

（二）自動校核

基于所述管道系統(tǒng)（值C）的管道粗糙度系數(shù)的人工檢查，該節(jié)點的業(yè)務(wù)參數(shù)，以縮小網(wǎng)絡(luò)模型的操作狀態(tài)和所述實際網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最大的匹配[2]。以上過程稱為自動校核。

（三）模擬工況的選擇

管網(wǎng)模型建成后，需要在管網(wǎng)模型中錄入水泵的實際運行工況，即一天內(nèi)每個水泵的運行和關(guān)閉時間[3]。泵的工況需要從調(diào)度部門獲取，將此稱之為“某日工況”?！澳橙展r”應(yīng)要符合特定需求，比如設(shè)定為某水廠供水量30萬立方米、某日需水量320萬立方米。需要選擇相應(yīng)的“某日工況”。將水泵的開關(guān)時間導(dǎo)入模型中，步驟如下：點擊菜單“組件”→“控制”。

圖2 30萬m3/d

圖3 40萬m3/d

圖4 50萬m3/d

點擊“新建”按鈕，在最下欄方框中打鉤定義為“簡單控制”，在IF后面下拉菜單中選擇一個時間點，在THEN后面下拉菜單中直接選擇某號水泵開啟，就成功定義了水泵開啟的時間，關(guān)閉時間操作方法與開啟相同[4]。

錄入幾組水泵后，點擊“控制組”按鈕，把錄入后的“可用項”添加到“選中項”里，水泵定義成功。

五、模型計算不同工況下供水范圍的確定

水力模板需水量，以市區(qū)230萬m3/d日供水量為參數(shù)，依次設(shè)定B水廠供水量為20萬m3/d、30萬m3/d、40萬m3/d、50萬m3/d，設(shè)定時間在22:00，進(jìn)行全天模擬計算，結(jié)果如圖1-4。

圖1 20萬m3/d

通過計算結(jié)果來看，隨著B水廠供水量的逐步增大，其供水范圍也逐漸擴(kuò)大，基本覆蓋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，并延伸到西南四環(huán)、東南三環(huán)及部分中心城區(qū)。

六、結(jié)語

根據(jù)WaterGEMS水力模型，計算得出B水廠的供水范圍。根據(jù)供水范圍，可以劃分出水源切換的影響區(qū)域，以及管網(wǎng)風(fēng)險區(qū)域，還可以進(jìn)一步結(jié)合管網(wǎng)運行情況進(jìn)行有針對性的水質(zhì)適應(yīng)性研究。

相關(guān)鏈接

自來水廠指具有一定生產(chǎn)設(shè)備，能完成自來水整個生產(chǎn)過程，水質(zhì)符合一般生產(chǎn)用水和生活用水要求，并可作為公司（廠）內(nèi)部一級核算的生產(chǎn)單位。

發(fā)生反應(yīng)

氯氣是一種有毒物質(zhì)，對人體有強烈的刺激性，吸入少量氯氣會刺激鼻腔和喉頭粘膜，并引起胸痛和咳嗽；吸入較多氯氣會窒息致死。

把氯氣加入水中，會發(fā)生以下反應(yīng)：

Cl2+ H2O = HCl + HClO

然而，雖然氯氣已完全反應(yīng)，卻有其他物質(zhì)生成。次氯酸（HClO）具有強氧化性，因此具有很強的殺菌消毒能力，是常用的消毒劑。次氯酸是一種弱酸，很不穩(wěn)定，在光照條件下易發(fā)生以下反應(yīng)：

2HClO = 2HCl + O2↑

如此，水中有可能含有的雜質(zhì)就只剩HCl了。 氯化氫的水溶液叫氫氯酸，俗稱鹽酸，是一種強酸，具有強的氧化性及腐蝕性。

由以上的方程式，根據(jù)氯原子守恒，可知一定物質(zhì)的量的氯氣與水反應(yīng)后最終生成的氯化氫的物質(zhì)的量是原來氯氣的兩倍。由于在生產(chǎn)水的過程中使用的氯氣的量很少，產(chǎn)生的氯化氫的量也很少。根據(jù)生理衛(wèi)生常識，我們知道人體的胃液含有少量鹽酸，故可認(rèn)為微量的氯化氫并不影響人體健康，幾乎可以忽略不計。此外，氯化氫是易揮發(fā)氣體，基于這一性質(zhì)可推知煮沸了的水幾乎不含氯化氫。

消毒過程中氯氣用量很?。ㄒ话阍?L水中僅通入約0.005g氯氣），可以說只要出廠的自來水符合正常的國家標(biāo)準(zhǔn)，在自來水中的投入的氯氣會完全與水反應(yīng)生成其他物質(zhì)，故可認(rèn)為出廠的水中不含Cl2。所說的"使城市水管末梢保持一定余氯量"，實際上應(yīng)是指氯元素，而不是氯氣。