作者 樊利华
      供水管网是城市重要的基础设施，可靠的供水系统是提高居民基本生活条件的关键。我国城市的供水管网规模比较大、用户多、构造也很复杂，这就导致管网的实时管理、优化调度、管网改扩建、科学合理的规划变得非常困难。近年来，供水公司纷纷建立起SCADA系统来实现管网压力、流量、水质的监测，以提高管网管理水平，但只能做到查看监测点处监测数据而无法了解整个管网的运行状况，还是无法做到科学管理。鉴于供水公司管理上的困难及需求，结合一些先进国家的多年供水管网管理的成功经验，我公司在供水管网GIS系统的基础上设计开发了具有算法优化、可靠性高、稳定性强、速度快、容量大等特点的GDInfo供水管网水力模拟系统。通过该系统可以模拟整个管网的运行状态，从而为管网的优化调度、漏水分析、水质分析、管网改造规划及管网的科学管理等提供技术支持。
      GDInfo供水管网水力模拟系统的建模数据一般来源于供水管网GIS系统，因此建议在建立管网水力模拟系统前，先要建立管网GIS系统。我公司开发的供水管网GIS系统能对管网进行动态管理，现正完善对供水设施的管理功能。
      1 系统建设的目标
      GDInfo供水公司管网水力模拟系统建设的总体目标是：
      （1）建立供水管线水力数据模型，为系统功能做准备；
      （2）建立GDInfo供水管网水力模拟系统，该系统能实现任何管点、管段的实况模拟（如压力、流量、流速等）、水质分析、突发事故分析、预警分析、模拟调度、漏水分析、管网改造规划等多种功能，为领导决策提供技术支持。
      2 系统功能
      2.1 供水数据建模模块
      来自供水管网GIS系统的原始数据要建立供水模型，需经过以下几个步骤：
      （1）模板管理
系统能根据建模要求，自动创建空白模板，方便用户将供水管网GIS系统数据导入。
      （2）管网水力模型建立
      为了建立合理的管网水力模型，需要对管网信息，包括管段信息，如管径、管长、阻力系数等；节点信息，如节点流量、高程等；以及水源水位，水泵扬程和功率，压力调节阀、止回阀以及其它装置等数据信息整理并导入模型。
      系统需要和营业收费系统集成，以便得到各节点的需水量数据。
      将管网GIS系统数据属性字段和系统字段经对应后可以导入到新建的数据模板中，从而生成建模数据，字段对应文件可以保存为方案，以便于以后导入数据。对生成的建模数据还需进行拓扑检查，字段必要性检查，关键值非空检查等，如果管网比较复杂的还要对管网进行简化。
      （3）管网水力模型校核
      可以将SCADA系统集成到水力模拟系统中，利用压力、流量的实时监测数据，对已经建立的管网水力模型进行参数率定，修正管网水力学模型参数，提高管网水力模型的精度。
      2.2 供水数据分析模块
      （1）管网工况分析
      通常管理人员只能通过监测系统了解管网在监测点处的压力、流量等个别特征参数。而在GDInfo供水管网水力模拟系统下，可以针对不同的用水状况进行水力计算，模拟出整个管网的水力状态，可以查看任何管点、管段的模拟状态值（如压力，流量，流速等）。
      （2）水质分析
      对管网中的水质进行分析，模拟出水质在管网中变化的情况，可以为增设加氯点提供依据，也可以模拟水源污染物扩散情况。
      （3） 模拟调度
      运行“模拟调度”后，进入模拟调度状态，然后就可以修改管网设施的状态（如阀门开关等）并自动执行模拟，能模拟调整后的管网运行状态。
      退出模拟调度后，管网数据恢复原来状态。系统还能利用流量、压力实测数据对管网平差的结果进行校正，以确保平差计算结果能够与监测系统实测的结果相吻合，为科学调度提供支持。
      （4）水泵模拟与运行控制
      系统能定义各种复杂的水泵，可以用通过特性曲线上已知的一点、两点、三 点或多点来定义一台水泵，也可以通过水泵的功率和效率来定义水泵的特性。水 泵可以是调速泵，并且可以设置成具有一定控制条件的智能水泵，如可以设置一 组控制条件如“如果某节点压力低于某设定值，并且清水池水位高于或等于某设 定”时，该水泵运行，否则停泵。用户不仅可以任意控制水泵的运行，模拟其运 行状态，还可以优化水泵的运行，得到水泵的最佳出口压力和最佳转速，为调度 中心的调度工作提供科学的依据。
      (5) 应急抢险
      当管网发生爆管事故时：（1）自动给出最优阀门关闭方案，将事故点隔离，停止供水，以便抢修；（2）迅速绘制出事故地点的管网图，以及须关闭的阀门位置图；（3）立即给出应停水的管段和用户的清单；（4）在部分管段停水的条件下，进行管网工况模拟仿真计算，评估现状管网的供水能力，找出因部分管段停水造成的水压可能不足的区域。
      （6）漏水分析
      将营业系统中各水表同GIS地图上的水表点对应起来后，可以对各水表读 数进行统计，结合分区水表与用户水表的上下级关系，分析出漏水的大概位置，为管线维护提供便利。
      （7）管网改造
      ① 预警分析
      通过设置压力、流速、流量的正常值范围，再运行管网模拟，找出模拟值不 在正常范围内的管线。这些值不在正常范围内，预示着这些管线容易发生爆管，应该及时调整或改造。
      ② 管网改造分析
      系统还可以在管网进行实际改造（扩建）前，通过修改供水模型来查看改造后的管网运行状态，通过不同方案的对比，可以确定最终的改造（扩建）方案。
      （8）管网规划设计
      ① 等水压线绘制
      通过定点水位显示以增强压力等值线显示功能，可被用于为那些尚未直接建立模型的地域或为将来开发估计压力值。
      ② 管网特征曲线的绘制
      可自动绘制各水源出口处的管网特征曲线及水泵特性曲线，找出运行工况 点。可用于科学的水泵改造、设计和选型。
      3 意义
      通过GDInfo供水管网水力模拟系统，可以实时掌握已建管网的实时运行状况，发现管网现状存在的问题，预测管网维护和改造后对整个管网的影响，以便科学合理地制定近期、远期的管网改造和改扩建方案。
      通过GDInfo供水管网水力模拟系统，还可以分析和预测在不同的管网运行边界条件下，供水系统的运行工况，为供水管网系统的安全运行、提高管网运行效率、节能降耗及提高供水公司的服务水平提供辅助决策支持。