淺談北京市供水管網(wǎng)的分區(qū)域管理模式.doc

北京市市區(qū)供水管網(wǎng)的分區(qū)域管理模式研究北京市自來水集團(tuán)公司 張孟濤 劉彥輝摘要：對(duì)供水管網(wǎng)分區(qū)并實(shí)施分區(qū)域管理是管網(wǎng)管理的一種新模式，是減少管網(wǎng)漏損的有效途徑。本文論證了北京市市區(qū)供水管網(wǎng)的分區(qū)原則，提出了管網(wǎng)分區(qū)的推薦方案；通過管網(wǎng)水力模型對(duì)分區(qū)后管網(wǎng)工況進(jìn)行模擬，并將分區(qū)成果在市區(qū)配水管網(wǎng)地理信息管理系統(tǒng)平臺(tái)上模擬顯示，這進(jìn)一步完善了管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的功能。關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng) 分區(qū)域管理 水力模型 地理信息系統(tǒng)（GIS）供水管網(wǎng)是“城市的生命線”，是城市供水企業(yè)產(chǎn)、供、銷的中間環(huán)節(jié)，其管理、運(yùn)行水平不但影響著城市的正常生產(chǎn)、生活，還影響到供水企業(yè)自身的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因而供水企業(yè)越來越注重供水管網(wǎng)管理的策略研究。管網(wǎng)的分區(qū)域管理1是供水企業(yè)加大科技投入、向管理要效益的一種手段，其根本目的是為了提高供水管網(wǎng)的管理水平，減少管網(wǎng)漏損，并為城市水資源優(yōu)化配置、管網(wǎng)管理體制改革提供決策依據(jù)。1. 供水管網(wǎng)分區(qū)域管理的概念供水管網(wǎng)分區(qū)域管理是在管網(wǎng)漏損控制理論基礎(chǔ)上的主動(dòng)實(shí)踐，這里的“分區(qū)”不同于一般概念上的管網(wǎng)并聯(lián)或串聯(lián)分區(qū)2，其綜合考慮自然地理、行政區(qū)劃、水壓分布、供水規(guī)模等因素，將整個(gè)供水管網(wǎng)分為若干供水區(qū)域3，相鄰供水區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，但通過連通管道相聯(lián)系。供水管網(wǎng)合理的區(qū)域劃分，可以均衡區(qū)域供水量，避免局部壓力過大，減少漏損量；分區(qū)后管網(wǎng)的輸水和配水功能明確，易于供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，易于管網(wǎng)的維護(hù)管理。1.1 國(guó)內(nèi)外管網(wǎng)分區(qū)域管理的研究進(jìn)展國(guó)外較早開展了管網(wǎng)分區(qū)域管理的研究，1980年英國(guó)第一次提出“分區(qū)計(jì)量區(qū)域”（District Metered Areas, DMA），其目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)漏損的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以均衡管網(wǎng)服務(wù)壓力，降低漏損率。部分發(fā)達(dá)國(guó)家管網(wǎng)的分區(qū)域管理已取得了一定的成就，如倫敦、東京市區(qū)供水管網(wǎng)被分為16、50個(gè)區(qū)，實(shí)施了分區(qū)域管理。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究與實(shí)踐起步較晚。1999年上海水司改革，依黃浦江和蘇州河將整個(gè)上海市區(qū)管網(wǎng)分為4個(gè)區(qū)，并分別成立了四個(gè)自來水公司；沈陽(yáng)根據(jù)行政區(qū)劃將管網(wǎng)分為8個(gè)區(qū)；深圳水務(wù)集團(tuán)推行“片區(qū)管理”，依據(jù)水廠控制范圍將管網(wǎng)分成若干片區(qū)等。1.2 北京市市區(qū)供水管網(wǎng)的分區(qū)域管理研究眾所周知，北京是資源型嚴(yán)重缺水的城市，而2008年奧運(yùn)會(huì)即將在北京舉行，因而北京市自來水集團(tuán)肩負(fù)著巨大的壓力。如何開源與節(jié)流并舉，充分利用有限的飲用水資源，是開展管網(wǎng)分區(qū)域管理研究的出發(fā)點(diǎn)。北京市市區(qū)供水管網(wǎng)分區(qū)域管理的研究思路：制定適合于北京市市區(qū)管網(wǎng)的分區(qū)原則，提出可行、合理的分區(qū)方案，通過管網(wǎng)建模對(duì)分區(qū)后管網(wǎng)工況進(jìn)行模擬，并在GIS平臺(tái)上模擬顯示。2. 北京市市區(qū)供水管網(wǎng)的分區(qū)原則2.1常見的管網(wǎng)分區(qū)原則(1)“區(qū)域計(jì)量”（District Metered Area, DMA）分區(qū)原則通過截?cái)喙芏位蜿P(guān)閉閥門，將管網(wǎng)分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，在區(qū)域進(jìn)水口和出水口分別安裝流量計(jì)，對(duì)各區(qū)域進(jìn)水量和出水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)用戶數(shù)量，DMA可分為三種規(guī)模，即設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：小型，1000戶以下；中型，10003000戶；大型，30005000。(2)壓力分區(qū)原則（Pressure Management Area）以管網(wǎng)漏損隨水壓上升而增加的關(guān)系為理論基礎(chǔ)，依據(jù)地形、高程或等水壓線分布，將管網(wǎng)分為若干壓力區(qū)，通過對(duì)壓力區(qū)的水壓控制，降低整個(gè)管網(wǎng)的平均水壓，減少管網(wǎng)漏損。(3)管理分區(qū)原則（Management Area）最大限度地利用城市中已有的明顯邊界，如河流、行政等邊界對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分。2.2 北京市市區(qū)供水管網(wǎng)的分區(qū)原則以DMA分區(qū)原則為基礎(chǔ)，根據(jù)管網(wǎng)特性，對(duì)市區(qū)供水管網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分；在此基礎(chǔ)上，綜合考慮行政區(qū)劃等邊界特征，根據(jù)DMA區(qū)域的串、并聯(lián)關(guān)系進(jìn)行合并，形成具有明顯邊界的大區(qū)域；再將高壓區(qū)和低壓區(qū)分別隔離，形成獨(dú)立的控制區(qū)域，用壓力分區(qū)原則進(jìn)行校核。最終經(jīng)過對(duì)比分析與模型驗(yàn)證，在可行方案中確定推薦方案。3. 北京市市區(qū)供水管網(wǎng)的分區(qū)推薦方案及論證3.1 北京市市區(qū)供水管網(wǎng)的分區(qū)的推薦方案依據(jù)上述分區(qū)原則，北京市市區(qū)DN75及以上供水管網(wǎng)被分為750個(gè)DMA，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上將DMA合并，對(duì)得到的若干可行方案從水力條件、管理、工程量、未來規(guī)劃與實(shí)施四個(gè)方面進(jìn)行分析論證，得到如圖2所示的推薦方案。圖1 市區(qū)供水管網(wǎng)DMA分區(qū)示意圖該方案將二環(huán)以里作為中心區(qū)域單獨(dú)管理，符合北京市的發(fā)展規(guī)劃思想，且避免了對(duì)市中心的大規(guī)模改造，更有利于各個(gè)區(qū)域總用水量的相對(duì)均衡。分區(qū)后各大區(qū)域所含的DMA數(shù)量、區(qū)域面積、區(qū)域水量占總水量的百分比如表1所示。圖2 市區(qū)供水管網(wǎng)分區(qū)推薦方案示意圖表1 推薦方案相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表序號(hào)子區(qū)域名稱計(jì)量區(qū)域數(shù)量區(qū)域面積水量估算（個(gè)）（平方公里）(占總水量百分比）石景山4294.92.8 豐臺(tái)區(qū)東169279.319.0 豐臺(tái)區(qū)西1123.8中心區(qū)8561.320.1 朝陽(yáng)北區(qū)122240.721.2 朝陽(yáng)南區(qū)148236.618.2 海淀區(qū)183479.618.7 總計(jì)7501516.2100.0 3.2市區(qū)供水管網(wǎng)水力模型的建立與校核北京市自來水集團(tuán)曾用WATERCAD軟件建立了管網(wǎng)模型，為使模型能與集團(tuán)的市區(qū)配水管網(wǎng)地理信息管理系統(tǒng)有更好的兼容性，現(xiàn)已開發(fā)了供水管網(wǎng)建模軟件NetGIS，并將原有模型移植到NetGIS中，其具有水力模擬計(jì)算、水質(zhì)分析和繪制等水壓線功能，且計(jì)算結(jié)果和所繪圖形能直接輸入到地理信息系統(tǒng)中，并兼具了管網(wǎng)現(xiàn)狀分析、規(guī)劃設(shè)計(jì)、改造方案模擬與水力計(jì)算分析、預(yù)測(cè)功能。模型的準(zhǔn)確度是對(duì)管網(wǎng)工況進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)，為對(duì)模型進(jìn)行校核，在市區(qū)供水管網(wǎng)范圍內(nèi)，均勻選取了70個(gè)臨時(shí)測(cè)壓點(diǎn)，結(jié)合調(diào)度數(shù)據(jù)，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了校核。選取2005年7月10日測(cè)壓數(shù)據(jù)（該日用水量在所測(cè)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，最接近年內(nèi)高日、高時(shí)工況）對(duì)校核后的模型進(jìn)行驗(yàn)證，如表2所示。由此可見，校核后模型的準(zhǔn)確度可基本滿足管網(wǎng)工況模擬需要，可用來管網(wǎng)分析、預(yù)測(cè)。表2 臨時(shí)測(cè)壓點(diǎn)壓力數(shù)據(jù)水壓差值（米）占模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)百分比6.01005.095.74.084.952.053.761.029.033.3分區(qū)方案的模型驗(yàn)證推薦的分區(qū)方案可通過在主干線上添加流量計(jì)、增加或關(guān)閉閥門實(shí)現(xiàn)分區(qū)改造，借助校核后的管網(wǎng)模型，可對(duì)分區(qū)后管網(wǎng)的工況進(jìn)行模擬。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，分區(qū)后管網(wǎng)模型節(jié)點(diǎn)的壓力變化幅度很小，水壓變化平均值約為0.1m，壓力降低最高值不超過1.3m，壓力升高最高值不超過0.8m?？梢?，此方案不會(huì)對(duì)供水管網(wǎng)造成不良影響，不會(huì)引起管網(wǎng)水壓分布的大幅度變化，對(duì)于管網(wǎng)運(yùn)行工況的負(fù)面影響較小。4、分區(qū)方案在GIS的模擬顯示將校核后的管網(wǎng)水力模型移植到北京市市區(qū)配水管網(wǎng)地理信息管理信息系統(tǒng)后，模型與系統(tǒng)很好的兼容性，使該系統(tǒng)平臺(tái)不僅具有完善的管網(wǎng)基本信息分析、查詢功能，而且包含了管網(wǎng)模型的相關(guān)信息，并可準(zhǔn)確地繪制管網(wǎng)等水壓線（如圖3所示），這在一定程度上完善了GIS的功能。圖3 分區(qū)方案在市區(qū)配水管網(wǎng)地理信息管理系統(tǒng)平臺(tái)上的模擬顯示圖5. 結(jié)論與展望5.1 結(jié)論(1) 供水管網(wǎng)分區(qū)域管理模式的探索，是供水企業(yè)加強(qiáng)管理、提高效益、提高供水安全性的主動(dòng)實(shí)踐，這使管網(wǎng)管理的關(guān)口進(jìn)一步前移，并可將部分管網(wǎng)事故防患于未然。(2) 管網(wǎng)分區(qū)域管理的直接效果是管網(wǎng)漏損的減少，這將一定程度上降低供水成本，提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，這在水資源匱乏的北京市更凸顯了其“開源節(jié)流”的效果。(3) 管網(wǎng)的分區(qū)域管理，可以進(jìn)一步優(yōu)化管網(wǎng)的輸配水功能，有利于整個(gè)供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，并可為管網(wǎng)管理提供決策支持。5.2 展望(1) 北京市市區(qū)供水管網(wǎng)的分區(qū)域管理目前僅處于理論研究階段，與分區(qū)方案的真正實(shí)施尚有較大差距，需進(jìn)一步展開論證，細(xì)化管網(wǎng)水力模型4，并對(duì)模型進(jìn)行深入的校核。(2) 需結(jié)合北京市市區(qū)供水管網(wǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃，充分論證分區(qū)方案的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的可行性與實(shí)施的可操作性。(3) 供水企業(yè)應(yīng)充分、合理利用新科技、新設(shè)備、新工藝，繼續(xù)加強(qiáng)、深化管網(wǎng)管理模式的策略研究。文獻(xiàn)索引：1 縱談管網(wǎng)的運(yùn)行管理 何維華 城鎮(zhèn)供水管道施工與養(yǎng)護(hù)技術(shù)研討會(huì)文集 2002.112 給水工程（第三版） 嚴(yán)煦世 范瑾初主編 P93P94，中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 19973 供水區(qū)域網(wǎng)格化管理初探 蔡學(xué)進(jìn) 張