供水管网水力模型在佛山市第二水源工程运行管理中的应用.pdf

118?给水排水?Vol?36?No?7?2010?计算机技术?供水管网水力模型在佛山市第二水源工程运行管理中的应用何?芳1?李?岚2(1 佛山市水业集团有限公司,佛山?528000;2 浙江科技学院,杭州?310023)?摘要?佛山市水业集团有限公司自 2003 年开始建立供水管网水力模型。以管网水力模型在佛山市第二水源工程项目中的应用为例,介绍了水力模型在供水管网改扩建方案评估、供水泵房水泵机组改造方案评估、供水系统运行调度方案制定等三个方面的应用。关键词?供水管网?水力模型?模拟?预测?运行管理?方案评估0?前言供水管网模拟技术主要包括管网水力模拟和水质模拟两部分,在供水系统运行管理中可以发挥至关重要的作用。佛山市水业集团有限公司(以下简称佛山水业)自 2003 年开始建立供水管网水力模型。近年来,在佛山市第二水源工程项目方案设计及投产运行方案制定过程中,曾多次应用管网水力模型进行相关方案的制定、评估与优化,为佛山市第二水源工程的合理设计和投产运行发挥了积极作用。本文以佛山市第二水源工程项目为实例介绍模型的应用情况,供同行交流和探讨。1?佛山市供水管网水力模型建设概况1.1?佛山市供水管网水力模型建设初期状况佛山市供水管网水力模型(以下简称模型)始建于 2003 年,该模型涵盖供水区面积约 90 km2,当时所辖的两座给水厂总供水能力为 100 万 m3/d,最高日供水量为 74 万 m3/d;服务人口约 80 万,管网总长度约为 1 168 km。模型构成情况见表 1 所示。模型模拟精度情况详见表 2、表 3所示。表 1?佛山市供水管网水力模型构成组成节点管道水泵2003 年版模型6 1956 676252009 年版模型18 86419 63957表 2?压 力 校 验 目 标参数2003 年版2009 年版校验节点的100%压力模拟误差/m!4!2?校验节点的80%压力模拟误差/m!2!1.5校验节点的50%压力模拟误差/m!1!1?表 3?流 量 校 验 目 标参数2003 年版2009 年版?如果管段流量超过管网总流量的 10%误差!5%误差!5%?如果管段流量小于管网总流量的 10%误差!10%误差!10%1.2?佛山市供水管网水力模型建设现状从 2004年至今,佛山水业先后收购了南庄镇自来水公司、三水供水公司、金沙镇自来水公司,所辖供水区域不断扩大。目前,佛山水业拥有 8 座给水厂,供水服务面积达 590 km2,总供水能力达 164 万m3/d,最高日供水量达到近 110 万 m3/d;服务人口166 万,供水管网总长度达到 2 520 km。在此期间,佛山水业重点开展了三方面工作:在新收购供水区域开展模型建设工作,2007 年、2008年、2009 年分别建成了南庄镇、金沙镇、三水区三个片区供水管网水力模型;目前模型涵盖的供水区面积约 500 km2,模型构成情况详见表 1;#对已建模型精度跟踪评估,及时进行维护,例如 2006 年对已有模型进行了一次全面维护后,将模型模拟精度提高到了一个新水平,详见表 2;积极开展模型的应用研究和实践,平均每年各种模型应用案例约20 项。模型的应用主要在以下三个方面:供水管网改扩建方案评估;#供水泵房水泵机组改造方案评估;供水系统运行调度方案制定。2?模型在佛山市第二水源工程中的应用案例2.1?第二水源工程简介佛山市第二水源工程是确保佛山安全优质供水的民生工程。根据佛山市政府要求,佛山水业是该工给水排水?Vol?36?No?7?2010119?程的投资、建设和管理主体。该工程 2007 年开工建设,首期工程投资约 10.6亿元,2009 年下半年投产供水。第二水源首期工程包括如下工程内容:(1)西江水厂工程:新建江边取水泵房、原水输送管线、净水厂;江边取水泵房土建按取水能力 100万 m3/d 建设,给水厂处理能力 40 万 m3/d。(2)净水输配水管网工程:新建净水输、配水管网总长 106.50 km,管径 DN400 1 800。首期投产时,水厂供水能力 20 万 m3/d。新建净水输配水管网总长约 42.5 km(如图 1 所示)。2.2?问题的提出随着第二水源工程的建设和投产,佛山水业供水格局必将发生重大调整,所辖 A、B、C、D 四个供水片区管网系统由原来相对独立转变成为相互联系的联网格局,如图 1 所示。新建设的第二水源工程配套管网如何与现有管网连接?供水格局如何调整?各水厂在新供水格局框架下该如何改造?第二水源工程供水范围如何划定?第二水源投产后 8 座水厂如何科学合理调度?诸多难题亟待解决。模型在解决上述问题时均发挥了重要作用,本文选取该工程三个不同类型的的应用案例进行介绍。图 1?供水系统示意2.3?应用案例2.3.1?第二水源工程配水管网与 C 区旧管网连接方案的评估第二水源输水管线途经 C 区时,有约 8 kmDN1 200 管在 C 区供水范围内,需确定 2 3 个连接点与 C 区现有管网连接,从而使 C 区充分利用第二水源工程以改善其供水水压偏低的现状。设计阶段共提出两个方案:设置 1 号、3 号两个连接点;#设置 1 号、2号、3 号三个连接点(如图 2 所示)。图 2?第二水源管线与 C 区连接点示意设置相关边界条件,例如 C 区总用水量、水泵开关量、第二水源来水量、水压等作为模型的输入条件,分别模拟上述两个方案实施后管网水力状态。模拟结果表明:设置 1 号、2 号、3 号三个连接点,可以大幅度减轻现有 1 号、2 号连接点之间管线的输配水负荷,使 C 区管网压力分布更均衡,更有效地解决 C 区低水压问题(详见图 3)。再结合 C 区现状管网改扩建规划方案,推荐方案#为第二水源工程配水管网与 C 区旧管网连接方案。2.3.2?B1 水厂二级泵房改造方案评估第二水源工程配水管网末梢与B 区管网相连接,第二水源工程投产之后,将有部分水量通过第二水源配水管网转输入 B 区,直接影响 B 区现有的 B1 水厂二级泵房供水工况。另外 B 区新敷设的供水主干管也已投产,致使 B1 水厂二级泵房水泵机组工况点严重偏移高效段,必须进行相关改造。泵房改造最关键的问题在于:确定恰当的设计扬程和设计流量范围,然后依据设计流量和设计扬程的范围选择合适型号120?给水排水?Vol?36?No?7?2010图 3?方案#压力模拟结果示意的水泵,通过大、小泵搭配或是工频、变频搭配满足不断变化的管网水量、水压的要求。对 B1 水厂历史出水瞬时流量的记录进行分析可以得到:瞬时供水量范围为 1 200 7 000 m3/h,其中常用区间为 3 000 6 000 m3/h。b1、b2 节点为最不利供水点,以满足 26 28 m 压力为目标,b3为B 区管网压力主控点(如图 4所示)。利用模型模拟四种出厂压力、流量条件下管网各节点的压力值,从而确定出合适的 B1 水厂出厂压力和流量范围,详见表 4。根据模拟结果得出:为达到 b1、b2 点服务水压保证在 0.26 0.28 MPa,考虑清水池水位、图 4?B区管网系统示意表 4?B 区管网模拟结果流量工况供水量/m3/h出厂压力/m模拟压力平均水压标高b1/mb2/mb3/m 南区/m 北区/m常用 13 0003126333138.9540.85常用 26 0003926323638.7045.81最小1 2002831332837.4137.76最大7 0004223293736.2346.16出厂压力、地面标高、泵房内部的水头损失,B1 水厂二级泵房额定扬程范围建议为 41 43 m。2.3.3?第二水源工程首期投产时供水方案制定第二水源工程投产前,A、B、C、D 四片区中已有7 座供水能力大小不同的水厂负责各片区的供水。由于各片区管网相互独立,因而各片区调度管理工作也相互独立。第二水源工程投产后,A、B、C、D 四片区管网连成一体,且新增 20 万 m3/d 的供水能力,各水厂的供水范围需要重新划分,供水调度管理架构需要重新构建。利用模型模拟在各种不同的水泵组合情况下各水厂的供水区域分界线、出厂水量、能耗状况,以选择最合理、可行的方案。例如管网总需水量为 45 100 m3/h 时,各水厂水泵开启组合方案很多(含变频水泵)。表 5 为其中一种组合,利用模型模拟该种水泵组合方案得到各水厂供水区域如图 5 所示。模拟结果表明:此组合方案时,各区供水水压满足各区最不利用水点所需的最低水压、各水厂能耗之和相对较小。故该方案组合可以为调度运行所采纳。表 5?各水厂水泵开启组合水厂名称开泵名单水泵频率/Hz 出厂流量/m3/hD11#505 200D22#503 000D32#501 500西江1#502 400C11#451 000B1PU020、PU02142、504 000A18#、1#、2#5016 000A21?1#、1?2#、2?1#、2?2#、3?1#、3?2#5012 000总计16 台水泵45 1003?结语供水管网水力模型在供水系统运行管理中的应用十分广泛,决定其应用的广度与深度最直接的因素是模型模拟的精度水平 3。而建模过程的复杂给水排水?Vol?36?No?7?2010121?标准规范交流园地?建 筑 灭 火 器 配 置 设 计 的 表 格 法段?正?湖(中机国际工程设计研究院,长沙?410007)?摘要?为方便设计,快速、准确、合理配置灭火器,根据%建筑灭火器配置设计规范&(GB 501402005),结合设计体会,编制了(A 类火灾灭火器选配表)、(B、C 类火灾灭火器选配表),供设计、审图时参考。关键词?灭火器?配置?表格法?合理配置灭火器,是建筑消防工程设计的重要组成部分,所有新建、改扩建的工业与民用建筑都必须配备灭火器。%建筑灭火器配置设计规范&(GB 50140 2005)明确规定,灭火器的配置类型、规格、数量及其设置位置,作为建筑消防工程设计的内容,要求在设计图纸上注明,并作为消防检查、验收的依据。经过多年来的实践,笔者发现灭火器的配置设计、计算过程较繁琐,规范中的一些术语不够通俗,如(灭火级别)、(计算单元的最小需配灭火级别)、(最小配置灭火级别的最低配置基准)等,单从字面难以理解。建筑灭火器配置设计很简单,无非是需要在哪里配几个什么样的灭火器,可计算过程繁琐。设计、校审人员多凭经验设计,只要不低于规范要求就行,结果配置的灭火器往往超出规范许多。为方便设计,快速、准确、合理配置灭火器,根据%建筑灭火器配置设计规范&(GB 50140 2005),结合笔者的体会,编制了(A 类火灾灭火器选配表)、(B、C 类火灾灭火器选配表),供设计、审图时参考(见表1 表4)。图 5?各水厂供水区域示意性、数据来源的多样性,各种误差累积导致现阶段许多供水系统水力模型模拟精度水平偏低,其应用很难扩展到供水系统运行管理的一些微观环节。但是模型在佛山水业的建设及应用实践表明,现阶段供水企业已经具备建设具有较高精度水平模型的条件,而且具有一定精度水平的模型已经可以帮助供水系统管理者解决许多供水系统运行管理难题或是提高解决这些难题的效率。参考文献1?严煦世,赵洪宾.给水管网理论和计算.北京:中国建筑工业出版社,19862?刘遂庆,郑小明主编.供水管网现代理论与工程技术论文集.北京:中国建筑工业出版社,20073?何芳.供水管网水力模型的维护,给水排水,2007,33(1):94 97?通讯处:528000 广东省佛山市禅城区同济西路 16号电话:[phone]E?mail:foshanhefang 收稿日期:2009?11?06