（昆明通用水务自来水有限公司 云南昆明 650000）
摘要：昆明自来水目前在用的管网水力模型是用计算机技术综合 GIS系统的静态信息与 SCADA系统的动态信息并结合用水量的预报、估算与分配，按水力学理论对水司现有供水系统进行水力建模道与模拟计算，在线跟踪供水系统水力运行状态，实时计算出所有管道的流量、压降、流速和水厂、用户节点的压版力等水力信息。这些数据不但为供水系统科学调度与管理提供依据，同时也可以供本系统作改进工作的依据。另外可以供片区供水规划、新建工程设计作参考。下面以昆明通用水务在西翥自来水厂桃园供水管线并网运行中水力模型的应用为例探讨水力模型分析在供水调度管理中的作用。
关键词：管网水力模型；供水；调度管理
供水调度管理是既合理组织和协调给水系统各组成部分之间的运行管理，以确保供水安全、提高服务质量和降低运行费用。对大型的、复杂的多水源给水系统，调度工作是十分重要的。以昆明市为例，昆明主城区供水涉及七库一站及四处分散水源，共有十二个原水取水通道。且共有十个水厂分布各处向主城各区供水。在用水高峰时，各水源和处理厂一般都按最高能力供水；在非高峰用水时，它们都有余力，使供水有调度的余地。水质有差别时，宜优先采用优质水；耗能不同时，宜先采用低能耗水源，例如优先采用重力流或靠近用水中心水源。多用途水源要考虑全局，统筹调度。供水管网中有水的调节构筑物和增压泵站时，水库的储水调节和水泵的运行要同整个给水系统的工作协调，以保证管网中水压适度，耗能较少。如果将整个城市供水管网比作人体的血管，则分散各处的水厂像是人体的各个器官，调度中心则像是大脑，发出各种指令，指挥器官运行，向所有血管输送血液。
给水系统的调度建立在各组成部分工作情况的信息上。调度中心应及时地充分地掌握有关水质、水压、流量、电源、电耗等参数的数据，才能作出正确的判断和决定。我们在水源、给水处理厂和管网枢纽点设置各种压力仪表、流量仪表并进行检测传输到调度中心。首先，调度管理人员通过传输上来的各种实时生产、管网数据经过分析计算掌握供水运行现状；其次，对给水系统运行期间所积累的技术资料进行整理和分析，从中找出各组成部分和整个系统的工作规律，并据以研究和制订调度方案；第三，重大的调度方案发布前进行水力模型的模拟计算，对情况进行预判，并对运行数据和经验规律进行复核，以提高调度方案的准确性和可实施性。
一、设计阶段对运用管网水力模型对设计运行工况进行模拟，优化关键设备选型，为长远调度管理提供更多的调整空间
昆明西翥自来水厂桃园主输水管为DN600管下游变径为DN400管道，全线共计12.10km，水厂加压、单管、单向供水。末端与主城原有供水管网并网处地面高程1915.62m。管道最高点高高程2036.6m，水厂出水标高2047.2m。经模型模拟核算，并网连通后最大输水能力为2.3万m3/d，可比原设计计算的1.6万m3/d多转输0.7万m3/d。
首先进行了两种工况的模拟，分析并网后的供水情况。
工况1：当输水能力为2.3万m3/d时，从水厂直接加压，DN400管末端并网点的静压为131.58m，动压为21.59m。各输水管段的水头损失详见表1。
表1 桃园管线水损计算表
经模拟计算可见末端并网点静压、动压相差较大，夜间无水或供水规模小时直接并网原有城区管网承受压力大，供水运行安全有较大隐患。因此在并网点需设置减压阀。因各类减压阀工作原理不尽相同，为了更精确选型，我们在模拟运行工况下增加减压阀的模拟数据输入。参考几个主流减压阀厂家相应口径及压力的详细参数替换输入模型进行模拟。经模拟计算提出优选方案建议，建议优选多喷孔先导式减压阀，并设旁通管，减压阀前设有压力传感器，当压力大于0.3MPa时，经多喷孔先导式减压阀减压后供水，当压力小于0.3MPa时，从旁通管供水，详见图1。
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图1 桃园并网点减压阀设置简图
本次设计阶段的模型分析模拟，模拟了并网前运行情况、并网后2.3万m3/d运行工况、1.5万m3/d运行工况，为将来片区发生重大检修维护时需要停水调度提供了很好的数据支撑。减压阀前后压力设置区间的模拟计算为片区管网调度优化提供了有利的数据支撑。同时也为水厂生产运行在用水高峰期、夜间小规模用水期如何平稳切换提供了指导。
二、并网施工阶段运用水力模型分析指导水厂及管网调度，分析预判，确保调度措施安全有效
首先，绘制模型图分析并网涉及的关键控制点工况，将GIS系统中涉及的所需信息进行整理，选取SCADA系统中合理有效的动态信息进行并网操作模拟。
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图2 并网关键控制点分析图
其次，分析选取模拟工况，并网模拟相对简单，调整模型中新建水厂的并网水量及减少原供水水厂的片区供水量，分析关键管道的流量、流速，模拟阀门开度。
表3 并网过程水厂调度及关键阀门调整水力模型模拟建议
并网过程模拟建议不仅指导了整个并网操作过程，也为片区应急调度管理提供了指导。
三、并网完成后，经过一段时间的运行管理，针对水厂运行中存在的问题，模型选取运行管理数据模拟后优化供水运行模式
完成并网后，减压阀前按设计计算值设定为2037.6m，阀后按并入管网原平均压力设定为1918.69m。这个运行模式导致水厂在峰谷期频繁切换大小机，且减压阀附近大用户水箱进水时会造成局部管段短时间压降，运行极不平稳。针对这一情况，运用水力模型取一周的用水需求量进行分析，模拟出用水需求与水厂大、小机组送水量的关系图。
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图3 桃园管道用水需求与水厂供水量关系图
模型模拟调整减压阀阀后压力值，及周边阀门，当阀后压力值设定为1948m与片区原供水水厂清水池进水标高一致时，调整联通管道阀门，可实现清水池反向进水。模型固定清水池反向进水工况，模拟新建水厂开机工况，得出原供水厂清水池液面变化情况。如图4。
图9 2月25日新建水厂水进入原供水水厂清水池液面变化情况模拟图
根据模型计算分析，调度部门大胆的尝试了两个水厂联合调度运行的方案。
（1）原供水厂调整切换供水区域，原水厂桃园方向的出水管变为进水管，新建水厂的水从桃园方向供入原水厂清水池。
（2）通过原有水厂4000m³清水池调节，避免用户阶段性用水对管网的影响，实现新建水厂平稳开机运行，规律切换机组。
（3）网上减压阀前后压力通过调度管理基本实现平稳的静压状态，为管网运行安全提供有力保障。
综上，以一个实例，分析了管网水力模型在调度管理中三个方面的应用。实际生产管理中还有很多的应用场景值得我们去探索。在GIS系统、SCADA系统的基础上，运用水力模型分析的工具为城市供水提供更精准的管理决策。