供水管网漏损控制的dma技术及阀门布置的优化分析 77页

'供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究摘要目前，管网漏损控制已经成为供水企业乃至全世界都关心的重要课题。在消费者对供水要求的日益提高和环境保护意识的日益强烈的情况下，管网漏损问题及其控制越来越引起供水系统的关注，特别是在缺水型的城市，一方面供水资源不足，另一方面却是经过处理的优质水资源没有经过利用就白白的浪费了。而我国是一个水资源总量较大的国家，但人均可利用水量却属于贫水国家，因此，进行管网的漏损控制是势在必行的，进而更加需要漏损控制的技术支持。本文以降低城市供水管网漏损率为目的，分别以中部某市城西给水管网和一个小区为研究对象，针对供水管网的DMA技术和以降低管网漏损率为目标的阀门安装位置的优化布置，进行了以下研究：1)系统地阐述了DMA技术，包括DMA实施步骤框图，DMA的设计、管理和维护等内容；2)以某市城西管网为例，阐述了DMA技术实施时的要点，并借助EPANET2．0软件，辅助分析了DMA对管网压力以及水质指标的影响；3)以全局剩余压力为最小为目标函数，采用遗传算法对管网阀门安装的数量及安装位置的优化进行了研究。结果表明：城市供水管网利用DMA技术来控制管网漏损，不能只是通过人工主观规划，应与计算机仿真模拟相结合，这样可以规避人工规划的局限性和预测DMA运行后可能存在的问题，进而在后续的工作中加以修正。通过计算机模拟DMA技术对管网运行的影响得出DMA对压力的影响是负面的，而对水龄和余氯却有轻微的改善作用。阀门位置对管网压力的影响研究中，分别分析了实例小区安装不同数量阀门时对管网压力调降的效果，结果表明阀门的数量越多，压力调降的效果就越好，但是阀门数量时与压力调降并不是线性关系，而是阀门超过一定数量后，压力降低值就不明显了。但是对漏水量的控制效果是正相关的关系，随阀门数量增加而降低。关键词：供水系统；漏损控制；DMA(districtmeteringarea)；阀门优化布置；遗传算法Ⅱ ====宝====!=======皇==============皇--。m硕士学位论文m‘一_一-一T==搴=====皇=====AbstractAtpresent，controllingtheleakageofwaterdistributionhasbecomeaimportantproblemconcernedbythewatersupplyenterpriseevenallovertheworld．Intheconditionsoftheconsumerspayingmoreandmoreattentiontothewatersupplydemandandenvironmentprotection，theleakageofwaterdistributionanditscontrollinghavearisenmoreandmoreconcernofthewatersupplysystem，especiallyinthecityofwatershortage．Ontheonehandthewatersupplyresourceislacking，ontheotherhandthetreatedhighqualitywaterwithoutusingiswasted．Chinaisacountryofalargeamountofwaterresource，whileChinaisoneofthecountrieswithwatershortageatavailablewaterusepercapita．Therefore，theprocessofcontrollingtheleakageofwaterdistributionisimperative，themoretechnicalinstructionisrequired．Thispaperaimsatreducingtheleakagerateofwaterdistribution，thewesternwatersupplynetworkofacityinthemiddleareaandalivingareaarestudiedrespectively，thefollowingresearcharecarriedout：(1)ThetechnologyofDMAisexpatiatedsystematically,itcontainstheapproachingchartofactualizingDMA，thedesigning．managementandmaintenanceofDMA，eta1．；(2)Tothewesternwatersupplynetworkofacityasanexample，thepointsofactualizingDMAareexpatiated，theeffectsofDMAonthepressureofnetworkandindexofwaterqualityareanalyzedbyEPANET2．0software；(3)Theminimumofresidualoverallpressureisconsideredasthetargetfunction，theresearchontheamountofthevaluesinstalledinthenetworkandtheoptimizingpositionofthevaluesinstalledarecarriedoutthroughthegeneticalgorithm．Theresultsshowsthatitisnotonlysubjectivelyprogrammed，butalsocombinedwithcomputeremulationalsimulationinthecontrollingtheleakageofwaterdistributionbyusingDMAtechnology．Inthisway,thelimitationsoccurredinthesubjectiveprogrammingandtheproblemsformedintheforecastofrunningDMAcanbeavoided，thentheycanbecorrectedinthefollowingworks．TheeffectofDMAtechnologyontherunningnetworksimulatedbycomputershowsthattheeffectofDMAonthepressureisnegative，andthatitcanslightlyimprovethewaterageandresidualchlorine．Intheresearchontheeffectofvaluepositiononthenetworkpressure，theresultshowsthatthemorevalueis，thebettereffectofpressureadjusting．However，theproportionofthequantityofvaluesm 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究tOthepressureadjustingisnotlinearity，thedepressofpressureisnotevidencewhenthequantityofvaluesreachesacertainnumber．Theproportionofthequantityofvaluestotheeffectofcontrollingwaterleakageisiinearity，theeffectofcontrollingwaterleakageisreducingastheincreasingquantityofvaluesKeyWords：watersupplysystem；controltheleakage；DMA(districtmeteringarea)；optimizingdisposingofvalue；geneticalgorithmIV 湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：旅灸祝日期：砰r月矽日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“／”)作者签名：檄伽日期：啼岁月汐日导师签名：日期：加，年歹月≥7日／1 硕士学位论文第1章绪论1．1课题背景与研究意义1．1．1课题背景地球上的淡水资源非常有限，地球表面虽然有71％的面积被水覆盖，但其中海洋成水占了97．5％。真正可供人类食用、易于取得的淡水仅占地球水资源的0．26％。水资源的分布也是很不均衡的，约65％的水资源集中在不到10个国家里，而人口占世界总数的40％的80个国家却严重缺水，另外26个国家的水资源也很少乜1。1977年3月联合国用水协会曾发出警告说：“水不久将成为一个深刻的社会危机，石油危机之后的下一个危机便是水的危机。’’我国水资源总量为28124亿m3，位居世界第六位，然而由于我国人口众多，人均占有水资源量仅2340m3，约为世界人均占有量的1／4，是美国的l／5，加拿大的1／50，位居世界第110位，被列入世界12个贫水国家名单。加之我国水资源主要来源于降水，而降水遭受大气环流，海陆位置以及地形、地势等因素的影响，在地区分布上很不均匀，总体格局是南方多，北方少，东南多，西北少。在时间分布上更显不平衡，大多数降水集中于夏季7、8、9三个月份。我国西北、华北以及某些沿海地区受水资源匮乏的影响，使这些地区的国民经济发展受到严重的制约∞¨们曲1。城市供水系统是城市的重要基础设施，在保障人民生活和经济建设中发挥着重要的作用，对城市发展具有全局性和先导性的影响。改革开放30多年来，我国经济有了长足的发展，同时城市用水量也逐年攀升(见表1．1)阳1。表1．1历年全国城镇公共供水统计汇总表(单位：万吨)一方面，城市发展需水量与供水量的矛盾。随着社会生活水平的提高，城市规模的增大，城市向自然水资源索取的水量大大增加，然而由于城市水污染的原因，出现了城市中可做为取水水源的水量满足不了城市需水量的要求；另一方面，通过净水厂净化后的优质水资源在城市给水管网中因管理不善、供水设施陈旧、技术水平提高缓慢等原因而白白流失。城市供水量逐年增加的情况下，供水 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究企业的产销差也逐年加大，供水管网的漏损率也是逐年攀升。因此，在保证供水安全可靠的前提下，解决供水管网漏损严重、充分利用优质水资源的问题也迫在眉睫，已经成为长期困扰世界供水行业的一大难题。1．1．2研究意义城市供水管网漏损是供水行业普遍存在的严重问题，漏损不仅浪费了宝贵的水资源，而且还使供水企业蒙受巨大的经济损失，甚至造成严重的社会问题。因此，世界各国都非常重视供水管网的漏损分析研究工作，而我国在这方面迫切需要加快科学研究的步伐。供水管网的漏损管理也是一个十分复杂的问题，涉及到工程技术，企业管理，社会经济，政策法规，城市发展，环境等诸多方面。因此，供水企业把加强供水管网的漏损控制作为企业管理的重要内容之一，将漏损量的大小作为衡量供水管网技术与运行状况的一个重要的指标，把漏损的分析与研究作为一项重要的课题，它已成为整个供水事业一个重要组成部分。从经济角度来看，城市供水需经取水，输水，净化及配水等供水设施并消耗一定数量的能源动力、药剂和人员投入，才能达到城市供水标准。因此，狭义的说，过高的漏损率即浪费供水设施，增加供水成本。随着城市的发展，城市供水漏损率也是逐年攀升(见表1．2)№1。表1．2全国城镇公共供水漏损率仪以2003年为例，保守估算，若将漏损率降为建设部颁布的《城市供水管网漏损控制及评定标准》中规定的“低于12％”，则全国每年的市场节水潜力为274776万吨／年，以1元／吨水价计，节约的费用27．5亿。这其中还没考虑水价上涨所带来的更大的利润空间及由于漏损控制带动的相关产业所带来的收益Ⅲ。因此，漏损控制凸现的经济价值更促使我们充分认识到漏损控制的必要性和紧迫性。从社会角度看，供水管网漏损不仅造成水的流失，也增加了水的二次污染的机会，影响了供水的连续性，安全性，同时也给环境带来了一定的影响。据美国统计资料，1990年在美国报告的水传播疾病的爆发中，有24％是由于各种原因渗(流)入管网的水所携带的杂质导致的而不是由于水厂处理不到位。而管网的漏水点则是杂质最容易进入的薄弱环节。随着社会的进步，用户对供水企业的服务水平的要求越来越高，但管道漏子频发给居民生活带来严重影响，不仅使服务中断，影响了居民群众的生活，而且道路刨修任务不断，妨碍了了城区交通，给广大人民群众带来了极大的不便。经常的刨漏维修也对环境带来了污染，使社会、 硕士学位论文经济、环境综合效益降低，从而也降低了城市竞争力，造成整个社会环境水平的下降。从行业的发展要求和规划看，建设部作为城市供水行业的国家主管部门，也已经认识到了我国供水行业在漏损控制方面所存在的问题，为加强城市供水管网漏损控制，统一评定标准，合理利用水资源，提高企业管理水平，降低城市供水成本，保证城市供水压力，推动管网改造工作，2002年制定了“城市供水管网漏损控制及评定标准(cJJ92．2002)，用于城市供水管网的漏损控制及评定。在“城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标’’阳1中在“优化供水成本"的目标中规定的主要指标之一是“城市供水管网漏损率"，要求“到2010年应不大于12％，2020年大中城市的管网漏损率应控制在10％以下"。规划中对不同类型的水司2019年要达到的漏损控制指标和2020年远景目标提出了详细的要求，简介如下：(1)目标的确定依据：《城市供水管网漏损控制及评定标准》中规定，城市供水企业管网漏损率基本评定标准为12％，在执行时可根据城市管网情况和企业的实际运作做适当的修正。从我国近几年城市平均漏损数字来看，我国各个城市的漏损水平差异很大，大部分地区的漏损水平比较高。12％这个现行标准考虑到了我国现在供水企业的实施条件，即70％以上的供水企业要达到12％的评定标准，需要的过程应有所不同。“2010年漏损控制指标”，分两步：1)2004—2007年：一类供水企业：在现有基础上降低漏损率20％。漏损率接近或达到现行漏损控制标准；二类供水企业：在现有基础上降低漏损率30％，漏损率接近或达到现行漏损控制标准；三类供水企业：在现有基础上降低漏损率35％，漏损率接近或达到现行漏损控制标准；四类供水企业：在现有基础上降低漏损率45％，漏损率接近或达到现行漏损控制标准。2)2007．2010年：漏损控制标准全部达到或高于现行标准，并形成适合自身的完善的漏损控制技术方法和管理措施。(2)2020年漏损控制远景目标：2010到2015年，各类供水企业漏损控制标准全部达到10％：2015到2020年，各类供水企业漏损控制标准应达到当时国际先进漏控水平。综上所述，管网的漏损造成了对水资源的巨大浪费，而城市供水需要符合卫生要求的水资源为原料，过高的漏损失率即浪费优质水资源。尤其目前，我国为解决部分地区“吃水难”问题，制定了南水北调等大规模的方案措施，但国家花巨资给城市调的水，其中的一部分却白白地流失。因此对管网的漏损控制和维护工作的研究，不仅有益于供水企业的经济效益，而且也可以减少对周边环境造成的危害，为市民带来一个舒适的生活环境，同时也可以减少投资兴建新的水厂，减少对自然水资源的需求量，对国民经济发展和城市建设都有着实际意义。 供水管嘲漏损控制的DMA技术及阀门布胃的优化研究I．2国内外研究进展从技术角度来看，供水系统存在漏损说明给水管网中存在漏水点，无论漏水点漏水量的大小，都对影响管道内的水压部分降低。有时候因为管道破损还会导致管网供水水质下降。从安全角度看，在爆管漏损的情况下，管道内水压的突降尤为明显，并且会使街道积水，极大的影响了居民的生活。据报道，广州在2009年2月11日一根DN400的管道爆管就使得街道积水成灾。而小的漏损长时间没有得到修复的话，也有可能由于泥土流失而使路面塌陷，影响建筑物的安全和路面交通。因此，当前世界各国都把漏损控制作为一项重要的课题来研究。1．2．1当前国内外衡量漏损控制的指标为了对供水管网漏损进行控制，必须要有一个能评价供水管网漏损的评价指标体系，以便对供水管网的漏损率进行鉴别，从而采取相应的漏损控制措施。管网漏损是在供水过程中，由于管道本身的结构所引起必然损耗和一定的沿程和局部损耗所造成的水量损失，以及由于管线老化所带来的其它损失。亦即包括两部分的损失：1)供水系统物理漏损，指的是通过系统输配水管网及城市蓄水设备渗漏，漏失及溢流到外界的部分水量。它增加了不必要的供水设施建设，加大了运行操作成本，更是对水资源的一种巨大浪费。2)供水系统帐面漏损，又成为“纸上漏水量”，它指的是由于用户水表计量不准确，收费或财务上的错误，未经授权的非法用水等给供水公司带来经济上损失的部分水量。还有一部分供水企业供应了但是不能计入到供水企业营业收入的水费，亦即城市共用的水量，如消防，绿化和道路洒水等等。由于供水管网真正的漏损水量是难以准确计量的，大部分国家和地区的供水行业从管理与经营角度出发，一般采用UFW(Unaccountedforwater)替代漏损的水量进行统计分析阳1。如图1．1所示，UWF通常有两种计算方式：(1)UFW为供水总量与收费水量的差值，其数学表达式可以表示为：UFW=Q—Q(1．1)式中Q一一年供水总量(m3)；Q^一一收费水量(m3)。(2)UFW为供水总量与计量水量的差值，其数学表达式可以表示为：UFW=QJ—Q-‘oJ●．，历(1．2)式中：Q一一计量水量(m3)。由图1．1可以看出，未收费水量包括漏失水量和免费用水量，未计量水量包括漏失水量和合法未计量水量。由于当前国内供水企业计量技术和计量管理工作的滞后，前一种计算方式更广泛地用于国内的各大水司。衡量供水管网漏损程度通常有三种指标¨01： 硕士学位论文(1)未计量水率为年供水总量与年售水总量的差值与年供水量的比值。(2)漏损率年漏损水量与年供水总量的百分比为漏损率，其数学表达式为：足：堕鱼×lOO％(1．3)。Q式中疋一一管网年漏损率(％)；包一一年供水量(km3)；Q。一一年有效供水量(kin3)。(3)单位管长漏水量单位管长单位时间内内漏损的水量称为单位管长漏水量。Q=盟L,x盟8．76(1．4)式中酝——单位管长漏水量(m3／(km．h))；厶——管网管道总长(km)。收费水量、iC水量(a)o=◇⑦=O漏失水量合法未计量水量(b)图1．1水量平衡1．2．2国外供水管网漏损控制研究进展发达国家非常重视有关漏损的研究，很早就开展了漏损检测技术及设备的研发工作，并成立了相关的学术研究机构，如英国的水研究中心(WRC)专门发表报告论述漏损控制的内容、方法和对策：美国供水协会(AWWA)在1976年 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究成立了漏损检测和计量委员会：日本水道协会(JWWA)专门对漏损问题进行了研究，并在长期的工程实践中取得了良好漏损控制效果，如日本给水管网漏损率由1975年的18．9％逐年降低到1995年的9．7％；新加坡的未计量水率由1989年的10．6％逐年降低到1995年的6．3％t91。1．2．2．1DMA技术控制管网漏损的研究DMA技术即区域装表技术(districtmeteringarea)，在检测区的进(出)水管上装置流量计，用进水总量和用水总量差，判断区内管网漏水的方法。WRC1提出了典型的DMA层次设计的思路，如图1．2所示。净水构筑物各分区流量计一级分区(1000-3000户)二级分区(1000户)图1．2DMA分区示意图(一)JohannesAndersen、RogerPowelln23的研究中提出来DMA分区的思路略有不同。与WRC提出来的那么生硬的依靠阀门来分区不同，他们认为两个DMA分区之间可以通过流量计来分区，而对于水表的要求是，可以双向计量。他们提出的DMA分区示意如图1．3。并且作者将加权最小二乘法状态估计(weightedleastsquares(WLS)state．estimation)运用到管网DMA中。MalcolmFarleyn31认为在设置一个城市DMA分区的时候需要考虑四个方面的因素：·经济漏损率。供水企业控制单位漏水的边际成本与单位水的成本相等时的漏损率即为经济漏损率。每个城市的供水公司都有适合自己水司情况的分区方法，由于自身技术力量和硬件条件的不同，每个水司设定的经济漏损率也不一样。就各个分区而言，每个分区的管道管材，管龄，埋深等等情况不同而使得各个每个分区的经济漏损率也不相同；·分区的大小(地理区域和分区内所包含的户数)。分区所包括的户数过多 硕士学位论文不利于用水量的调查与统计，对于减漏的效果也不明显。倘若分区所包括的户数过少，则分区数就多，管理起来就麻烦。所以在实际的分区中一般分为三种情况：◆小型：10时，孔I=l出 流水头损失占主导因素。Thomaswalski””还通过计算机模拟管网漏损与压力的关系，认为主干管管网的漏损可以用OS参数来描述。当OS>4时孔口水头损失占主导，当OS<0．2时土壤水头损失占主导。在真实的管网中，OS参数一般较大．因此用水射器的孔口方程来模拟漏损是较为合适的。从图1．5中也可以看出高压下的漏水量远远高于低压下的漏水量。圈1．5阿一漏子在水同JK力下的漏水最图”鉴十漏撅与压力的紧密关系，世界各国在这个方面开展了广泛的研究工作并取得了卓有成效的成绩。M．Tabcsho”笛人将节点水量分为两部分，一部分是与压力有关，一部分与压力无关。然后运用GIS模型对管网系统进行水力模拟。提出了一种可咀计算和评价非收费水量和真实漏损的整体漏损模型。EPANET水力模型中的数据是通过广泛的现场调查以及对节点和管段的漏损量，因此比现有的程序更为真实．模拟的结果用GIS模型柬输出和分析。这样三种模型的综台运行可以更为广泛而有效的管理给水管网的工具。OrazloGiustolisi””“31将压力驱动用水景需求运用到管网漏水量的模拟当中，他们认为将用户的用水量与管网的漏水盘作为一个整体，建立与压力的函数关系(式1．6)q,-。=∑÷％．。=÷∑岛‘(‘)’+q(0)。5(1．6)目‘‘u式中g州一一节点i的漏水量：口。“一一管段U的漏水量；口一见一一漏损模型中与背景漏失有关的参数：尸，一一管段Ij两端的压力的平均值： 供水管叫漏损摔制的DMA技术及阀门布置的优化研究C，，一一爆管时管道的出流系数。然后对管网进行模拟，建立了压力驱动管网漏损的水力模型，并得出压力驱动用水量需求的方法明显比只是用用水量模拟的精度要高出很多。Ulanicki旧钊通过关闭和打开环流来控制管网的压力，以达到降漏的目的。首先将城市管网进行压力分区(PMA)分析，再进行压力分区。通过调节控制减压阀(PRV)的压力控制作用来最大程度的降低PMA区域内的平均压力。该控制分为两个部分：预控制和反馈控制。预控制是通过水力模型或者在线监测模型来分配PRV控制的顺序和时间问题。而反馈控制包括两个部分的内容：集中控制和非集中控制。集中控制与预控制相比可以达到更好的压力调降效果。而非集中控制因为单个PRV实现自动控制，可根据用户的需水量来调节压力使压力始终保持在合适的水平，因此非集中控制更加灵活，在实际应用中效果更为突出。作者将理论应用到实际管网中后发现通过PRV控制可将漏损量降低50％左右。PaulW．Jowitt乜引用线性理论将阀门控制的非线性方程线性化然后求解得到阀门的控制方案，并给出了包括控制阀门的位置、开度以及数量的优化数学模型，来降低管网漏损。11七P["Alhimiary他引、Tucciarelli心71、Vairavamoorthy㈨都论述了阀门控制与漏损控制方面的关系并通过模型进行验证。1．2．3国内供水管网漏损控制研究进展近年来，我国越来越多城市建立了给水管网SCADA系统、GIS系统、计算机管理系统、营业收费系统，实现了动态管理。有的城市还配备了一定数量的管网检漏设备，加大了管道漏损的检测力度，变被动检测为主动检测，对降低漏损水量，提高供水效率取得了一定的成果，为推动全国城市供水管理和提高漏损控制的水平起到了示范作用。同时，国内各高校及研究单位也加强了对给水管网漏损控制方面的研究，并且不断的在实践中探索以强化研究的成果。1．2．3．1DMA技术控制管网漏损的研究上海市自来水公司是国内较早开始进行分区改造的水司，主要是由于整个城市供水规模随着经济发展扩张迅速，现有的管理已经显得跟不上实际需求，因此为改善管理，提高效率，从1999年开始依据城市中的两条主要河流(黄浦江和苏州河)将原来的一个自来水公司划分为：市北、市南、浦东和闽行四个分公司，并单独成立了一个原水公司。其中以市北自来水公司的供水能力最大。四个分公司所管辖的管网之间通过电磁流量计双向计量流量，与供水水厂之问也同样通过两个相互验证的电磁流量计计量水量，并作为相互之间的费用核算依据。分区的初衷是为了满足划分四个行政公司的计量核算管理需要，但客观上起到了划小计量区域，控制产销差的效果，也是无形中运用了DMA技术，为后来的管网 硕士学位论文检漏预留了基本的条件。每个分公司下设若干供水管网所，以市北公司为例，其下辖三个所，每个所分区负责相应管辖范围的管网管理、抄表和收费。三个所之间用DN300的管道相互连接，并且在连接管道上设置可以双向计量水量的水表，作为区域内与区域间水量核算与校核的基础。这种首先大区域划分供水区域，然后再划分的思路是典型的DMA分区技术，也是目前最有效的管网漏损控制的方法之一。当然，为了更加有效的控制管网漏损，在这个再分区的情况下还可以继续划分成更加小区域的分区，以最大程度的达到控漏的目的。但是由于上海水司目前各方面的设备和技术有段尚有欠缺，还没有继续往下分区。此外国内其他水司也在DMA技术方面进行了探索，如深圳市水务集团主要按照行政区域将供水区域划分为6个分公司，包括上步、福田、罗湖、南山、西丽和盐田分公司，其中盐田分公司由于同其他五个分公司之间有梧桐山相隔，有独立的水厂和管网，其他5个分公司：东湖水厂主要服务于罗湖区；笔架山水厂主要服务于罗湖区和福田区：梅林水厂主要服务于福田区；大涌水厂主要服务于南山区。各水厂出水与管网之间通过流量计计量水量，由于水厂本身并不独立售水核算，所以出厂计量更主要只是作为总公司比较所购原水的水量计量是否准确的一个参考。每个分公司只是负责将各分水表所记录水量的水费回收，并不与本公司所辖管网总水量对比，也无法对比，因为分公司管网之间并无计量。每个分公司下设3．4个供水管理所，负责查表、收费、巡查及回访。其中每个管理所下分若干“片区"，作为收费控制单位。也没有实现国外真正意义上的“分区管理"。在各个水司自行进行漏损控制的探索的同时，国内的专家学者也积极的从理论上研究DMA技术。北京大学周玉文㈣提出应综合考虑区域计量分区原则、压力分区原则、管理分区原则等三种原则进行分区规划的新思路，并对一大城市的供水管网系统划分为6个管理分区。为了预测分区改造后对供水管网的影响，对分区改造后的管网进行了模拟分析。北京工业大学吴珊口们口¨等介绍了在特定区域内进行供水管网漏损实证研究，并通过所获得的实验数据的分析，得出区域供水漏损资料，据此管网漏损进行评价。其区域装表示意图如图1．5。同济大学俞锋D21对区域供水管网漏失水平评价方法做出了阐述，并给出不可避免漏水量的计算方法：UR上=毛×乙×P×PerxT+k2×MxPxPerxT(1．6)式中URL一一不可避免漏失水量；毛一一配水管线漏失系数；厶一一用户连接管漏失系数：尸一一小区平均服务压力l丁一一管网使用率； 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究M一一小区连接管数量；L一一小区管线长度；Per一一进行水量平衡分析的时间周期长度。此外，赵洪宾∞31，徐强阳41等人都发表了关于供水管网分区计量技术控制漏损的文章。接市政供水管网图1．5试验小区装置示意图1．2．3．2压力控制管网漏损的研究林守江口酣指出对管网压力的控制可以有效的避免管网中不必要的高压出现，进而减少爆管事故的发生来降低漏损率，并介绍了压力管理的概念与实现方法。周建华口引等人利用实验研究配水管网压力与漏水量的关系，试验结论认为漏水量与压力成指数关系，指数区间在O．5～1．5之间。耿为民口"b刚提出优化控制阀门的位置以及开度的混合离散非线性最优化数学模型，模型的目标函数是以漏水量全局漏水量之和最小，表达式为min=∑鹎(1．7)tjeR式中Qso一一节点i，J问管段漏水量，m3／s；R一～所有管段两端节点的组合。并利用遗传算法求解。实现了对管网输配水范围内的压力控制阀门位置和开度的优化调度及管理，并用算例进行了模型校验。余涛口引认为阀门的开关直接影响了给水管网中的节点压力，也即直接降低了管网漏损的水量。余涛应用了线性设计优化技术，主要稀疏修正单纯算法来控 硕士学位论文制阀门的开启度，其目标函数是以供水区域内当前水头和目标水头之间的偏差最小，即(1．8)ra％in=∑旷hol’J式中％一一控制阀门，0<屹<俨；瑰一一节点当前水头，m；ho一一节点目标水头，m；，一一管网参考节点的数目。同时以城市居民生活小区给水管网为例，说明管网控制前后管网漏损的变化，提出阀门控制最优个数的概念。1．2．3．3管网漏损预测的研究无论是采用何种管材、何种施工方式、何种维护和养护方法，给水管网都会不可避免的发生漏损。因为城市给水管网随这改革开放不断的庞大化、复杂化，而且管网漏损的影响因素纵多，所以在很多的情况下很难对漏损与其影响因素之间进行量化分析。此外，凡事预先想到和预先采取措施比事后弥补要好得多。因此，国内很多人都对这个方面进行了研究。哈尔滨工业大学陈兵H训运用了时间序列分析法中的指数平滑预测法、二次曲线指数平滑模型以及灰色模型(GM)模型预测给水管网漏损。结果表明指数平滑法可用于给水管网的漏损预测，而二次曲线指数平滑模型预测的效果更优，但是GM预测模型的精度比指数平滑的都要高。连鹏H¨则认为如果供水企业进行管道检漏检测的周期过长，月平均漏水量经济损失就会增加，周期过短则检测费用就会过高，费用效益比就不明显。因此他提出来在经济漏损率的目标下采用经济检漏周期，以达到年平均漏损总费用最低。而各种费用对检测周期的变化如图1．6所示。经过研究，作者得到了最佳漏损检测周期的公式，并给出了漏损总费用函数的导数随检测周期的变化曲线(如图1．7所示)。预测供水管网的爆损发生情况是进行管网爆损控制的基础，可为管网维护、管道更新决策提供依据。北京工业大学张羽运用多元线性回归以及人工神经网络BP算法预测管道可能发生的爆损时间，可以更好地判定管道在将来的运行状况，提高管网检漏工作的预见性，并以此制定科学的预防性对策。针对给水管网漏损的特点，重庆大学邱云龙H21建立了灰色GM(1，1)模型、二次指数平滑模型、自回归移动平均(ARMA)模型，并应用于漏损频率的预测，结果表明，单个模型的预测是可行的、有效的，但预测精度不高。在此基础上，该文提出了组合模型的基本原理，并用方差一一协方差优选组合模型将三种单个 供水管网漏损摔制的DMA技术及阀门布置的优化研究模型进行组合，首次应用于工程实例，结果表明，组合模型能够综合单个模型所提供的信息，弥补单个模型的不足，具有较高的预测精度。由以上的国内研究表明给水管网漏损预测模型的建立，不仅在预测给水管网漏损的未来变化趋势上有较高的精度，而且可为漏损控制、管网维护检修等方面的分析提供基础数据，有利于管网的维护和改造，对有效地控制管网漏损、节约水资源具有重要的指导意义。^c。≥二C＼1R、-／旺枢检测周期(a)图1．6各种费用随检测周期的变化曲线／／一、目工＼1苌趔检测周期(a)磐／旺寤(图1．7漏损总费用导数函数随检测周期的变化曲线1．3本文的研究内容及方法综上所述，目前DMA技术在国外使用相对很广，在国内的研究尚处于初步研究和尝试阶段，而我国的管网漏损同益严重，因此加强DMA技术在实际管网(不局限于小区给水管网)漏损控制中的应用研究非常必要。通过上述文献的压力控制管网漏损的应用可知，压力调节是降低管网漏损的最有效的途径之一，也 硕士学位论文是当前管网漏损控制研究中的热点问题，然而给水管网是一个复杂的系统工程，牵涉的面广，本论文依托湖南省科技攻关项目：城市供水管网漏损控制关键技术及其应用研究(07SK4044)，从优化布置阀门位置来降低管网压力来达到降低管网漏损的目的。1．3．1本文的研究内容·由于供水管网系统结构复杂，从根本上实现管网安全性的科学管理涉及到技术、政策、资金等各个方面与环节，供水企业需要根据具体情况制定相应的技术方案。其中供水管网的漏损管理与控制是很重要的一个方面。同样涉及到管理、工程技术、社会经济、环境等诸多方面的因素。本文的主要研究内容为1)针对构建DMA时可能碰到的问题，提出在城市供水管网DMA设计、管理、维护、监测、数据的处理和反馈方面应考虑的因素2)以中部地区某市的供水系统为主要对象，针对供水系统的特征进行DMA技术的应用研究；3)分析DMA技术以及阀门控制技术对管网水质方面的影响，运用EPANET2．0模拟包括水龄、余氯等的变化情况，为DMA控制管网漏损的决策提供技术支持；4)采用遗传算法进行阀门调节管网的压力的控制模型来达到控制管网漏损的目的，以全局剩余压力平方和最小为目标函数，对管网阀门安装的数量及安装位置的优化进行了研究，并用EPANET2．0H33软件对计算结果进行模拟分析。1．3．2解决问题所用的方法本论文的DMA分区采用被广泛接受的美国环保署开发的EPANET2．0软件进行水力模拟和水质模拟，因为该软件免费，而且被全世界广泛验证和运用，拥有最多用户的软件，因此其模拟的结果是值得信赖的。而对管网漏损控制采用调节阀门来控制管网压力来降低管网漏损率，采用当今被广泛应用的遗传算法来进行管网中压力调将阀门的位置优化布置，阀门位置的优化可以使整个管网压力的下降起到事半功倍的效果。 供水管网漏损挡制的DMA技术及阀门布置的优化研究第2章DMA的设计、管理与维护目前国内各供水企业的漏损率都居高不下，各水司采用经验控制漏损的模式很难使之得到有效的解决。而借鉴国外供水行业的管理经验，分区计量(DMA)管理模式是很好的管理模式之一。2．1DMA的概念与目的所谓“分区计量(DMA)管理"，是将现有的供水管网按照一定原则，划分为若干个相对独立的子区域(DMA)，实现各区域用水量的单独计量和实施区域管理。一般情况是将各独立子区域相连接的管道的阀门关闭，但是这样就会影响供水的安全性，因此为保证安全用水，各区域之间用应急管道连通。这里“分区"不是一般概念上的简单的将原有的环状管网改成方便计量的树状管网，也不是简单的考虑城市地势高差来并联或串联分区供水，而是按照一定的原则有目的的将管网按需要进行改造，使得分区后管网的供水管和配水管功能更加明确，各区域的进水点数目减少，易于维护管理，容易确定减压或加压区域，从而有效地安装相应的计量和监测设备，分区时应充分考虑各区域内和区域之间短期和未来用水量变化时的潜在需求和管理。分区时需要了解供水时进行检修的影响范围和相应的解决措施。在非常时期(发生事故、缺水)，则便于采取适当的对策，’预测和控制事故、灾害的影响并及时修复。此外，DMA不单只考虑用户用水量需求和水压等水力方面的因素，也需要考虑因DMA分区多带来的水质方面的影响，应综合考虑水力和水质，在保证为用户提供优质的服务的同时达到降漏的目的，为供水企业降低供水成本，提高经济效益。DMA分区管理的目的有以下三个：(1)将整个配水管网划分为若干个相对独立的子区域(DMA)，每个区域有相对独立的边界，因此，可以测量各区域的夜间流量，并能够发现、定位管道破裂或者有泄漏的位置；(2)分区之后可以更加详细的掌握各区域内的压力情况，使整个管网的压力在最佳的条件下运行，以降低与压力有关的那部分漏损。(3)为将来的管网水量分配和设施规划时，可方便的获得和掌握有关各种信息，如水量、水压、流向，合理布置管道，选择适当的管径等。并为以后的管网分区提供经验和技术支持。 硕士学位论文2．2DMA的设计与安装2．2．1DMA的设计原则一般情况下，DMA是城市管网发展到一定规模以及管网漏损较为严重时的产物，这样DMA分区管理就关系到老管网的分析和与将要新建的管网的衔接等一系列问题。因此当设计DMA时，需要考虑下面几个方面的：(1)提出DMA的水司首要考虑的问题是控制的漏损经济水平。每个公司依据自己的经济实力和技术力量，都有自己相应的管网漏损经济水平的标准，可能因为每个DMA内的管道新旧、管材等的不同而使漏损控制的目标不同。因为要降漏越多，需要付出的检测设备和人力费用等就越高，可能会超出降漏带来的水费收益，如图2．1所示。这些都将决定未来的漏损控制方法的类型、DMA的数量和大小以及水司的人事政策等等。，一、∞＼昌工＼lR、-，旺枢漏损率(m3／km／a)图2．1各种费用随漏损率的变化关系n¨(2)DMA的大小。DMA大小是用区域内所包含的用户数来表示的。通常在市区内的一个DMA区域包含大概500""3000户之间n3l。单个DMA的面积取决于管网周围的实际状况和系统的特征，其主要的影响因素有：①需要达到的漏损控制经济水平；②地理／人口因素(如工业区、市内、郊区)；⑨供水企业自身的技术水平和硬件条件(如工作人员的技术水平，供水管道的爆管的鉴别，定漏损点的难易度)；④水力条件(如当前管网阀门关闭后能否维持用户压力服务的最低标准)。(3)必须结合计算机模拟来保证供水的安全性。其中包括水量安全，水压安全，以及水质安全。说到底DMA的实现是伴随一定数量阀门的关闭和一定数 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究量的流量计的安装，这些都将影响现有管网的运行情况。因此，在划分DMA之前，需要先在管网水力计算的基础上进行供水管网分区的模拟操作，选择适宜的区域数目和区域规模，划定区域边界，设定进水点及区域的规整等，通过水力计算保证供水水压、水量满足要求，才能在实际中有计划的展开实施，循序渐进，并在实际工作中不断发现问题，不断调整，逐步完善，分阶段全面实施。每一个DMA都有自己明确的边界，这个边界是依靠阀门的安装来实现的，因此DMA系统中会比平常完全开放的系统产生更多的死端，进而影响水质。阀门安装的数量越多，出现这种现象的可能性就越大。因此，在当前国内的实际供水情况，可能对水质的要求还没有相当的重视，但是随着供水事业的发展和人民生活质量的提高，水质安全是一定需要考虑的因素。(4)与压力分区原则、管理分区原则相结合。压力分区原则是以给水管网中漏损率随管网的工作压力上升而增加的关系为理论基础的【18】【22】【231。依据地形高程的分布或等压线分布，将管网分为若干个压力区，通过对所有或者部分压力区压力的局部控制，降低整个管网的平均压力，实现减少漏损的目的。管理分区原则是通过最大限度的利用城市已有的明显的边界线对管网进行区域划分，从而最大程度的简化管理。就DMA原则、压力分区原则、管理分区原则三条原则来讲，应该是DMA分区优先考虑，结合考虑压力分区，最后综合考虑划分大型的管理分区。(5)必须要结合远期给水管网的发展考虑。DMA需要与远期管网扩建和改建结合考虑，一些区域可能在近期还不方便建成DMA分区，但是等城市的扩张到一定程度时便可以了，或者一些区域管道陈旧等原因需要更换等原因而使该区域缓建DMA。因此DMA需要与当地的管网改扩建规划结合，因地制宜，才能够真正发挥功效。对于已经建成相当规模的管网，管网分区的难度与改造工作量会很大，由于管道的改造还有可能对原有管网的工况产生影响，包括水压、水量，所以DMA工作也应该循序渐进，并在实际工作中不断发现问题，不断调整，逐步完善，分阶段全面实施。此外，管网漏损所需要的资金也是一个需要考虑的问题。2．2．2DMA的规划设计与安装DMA的规划设计与安装流程图如图2．2所示。这一程序在DMA规划、测试和确定安装地点的初期是反反复复的过程。下面以流程图的顺序来叙述DMA设计与安装的过程。2．2．2．1给出DMA设计标准DMA的设计标准也即在满足DMA设计原则的基础上，满足用户基本的用 硕士学位论文水量需求、最低水压要求及水质要求。2．2．2．2DMA规划规划阶段就是将给水管网分成尺寸合适的DMA，第一步是大致的划分，在小比例的配水干管图上画出暂时的边界。这一步需要利用城市给水管网的基础资料和一些可以得到的基本水力数据(如压力和流量等等)来判断管网中潜在的最不利点。如果DMA边界有干管穿过时，需要安装一个流量计(或者关闭阀)，图2．2DMA规划设计与安装流程图这样不管是通过边界流入到DMA或者流出到相邻的DMA的流量，都可以进行监测和记录。(1)用户数。考虑每个DMA内所包含的用户数，一般在初步设计时是不会统计精确的用户数，但是在以后的运行时用来计算管网夜间最小流量。(2)定义边界。初步规划DMA还包括DMA边界的确定。初步规划时，利用现有的实践经验和管网的实际情况，研究该区域，以确定有潜在问题的区域作为重点需要解决的区域，比如：低压区；需要保证基本供水的区域(如铁路车站、医院等等)。这两者都有可能因为流量计的安装或阀门的关闭和供水方向的 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究改变而导致不利影响的出现。边界的设计不但应该满足DMA的设计标准，还应尽可能少的穿越干管。此外，边界线的划定应充分利用地理边界和水力边界线，遵循“最小阻力线"原则。目的是为了使安装、运行和维护的费用最低。如果有可能，主干管和主要配水管道(管径大于300mm)避免在DMA的区域内，这样可以减少昂贵的大口径的计量水表的数量，不但可以降低降漏的成本，更重要的是可以提高流量计量的准确性。因为如果流入一个DMA的大部分流量又流出这个DMA去往其他区域时，该区域内的水量计量的准确度就会下降，不利于控漏目标的实现。那么如何避免这样的情况发生呢?◆使相邻的DMA边界线与主干管和主配水管平行；◆在接入主干管的较小配水干管上安装计量表。如果主干管上开T过多对于DMA来说是非常不经济的，因此在DMA管理时需要做一些处理。如关闭小的供水区(但是只有一个输水管例外)；划分一个主干管DMA；如果主干管仅供应了一小部分区域，那么就不设DMA，而采用移动计量或者非计量方法来探漏。综上所述，典型的DMA结构图如图2．3所示。供水范围I)MA边界主干管流量计水池流量计水流方向图2．3典型的DMA设计结构图由图可以看出几种典型的DMA分区：主干管DMA(A01，A02)；与主干管不相连的DMA(A02)；串联DMA(A04／A05)。(3)选择流量计安装的位置。选择位置时，应立足于大局，统筹DMA与 硕士学位论文主干管，配水干管以及相邻的DMA之间的关系来确定流量计的安装位置。其次，弯头和阀门都会影响流量计读数的准确性，因此流量计应尽可能的安装在直管上(特别是有弯头的地方要注意)，同时应参照厂家给出的流量计的安装要求。如果要考虑流量计计量的数据要远传到数据中心的话，这时流量计的安装还需要考虑干管的位置，道路照明和通信路线，以便给流量计的数据远传提供便利条件。2．2．2．3DMA测试DMA测试指的是在供水企业完成初步DMA规划之后、正式的实行DMA管理之前，对DMA的划分做一些试验性的工作。因此，需要对DMA边界的阀门和流量计等做一次试验性的关闭，以检验DMA内的水压是否能够保证提供给用户的最小水压。并考查最大流量通过时DMA的水压变化情况，最大流量可通过打开消火栓来模拟。如果水压得不到满足，那么则返回到DMA初步规划阶段重新划分，或者将之前关闭的阀门用流量计来替代，以维持DMA内的最低压力要求。·2．2．2．4管网计算机分析在划分DMA之后，计算机分析必不可少，因为在关闭边界阀门和安装流量计之后，将有可能从根本上影响整个配水系统以后的设计与运行。而想要通过人工来解决这些影响因素所带来复杂变化几乎是不可能的，因为这些水力约束条件作用于管网后对管网运行调度的产生影响，与管网远期发展相结合与预留的带来影响，以及检验DMA是否合理等等。如果需要在DMA之后管网压力在最优条件下运行的话，管网的计算机分析就显得特别重要。管网模型的主要作用是为实际运行操作提供技术支持，提供清楚的系统运转状态，如用水量变化后管网流量和压力的变化范围，甚至水质方面的也可以模拟。在模拟关闭阀门之前应充分校准模拟系统，在边界阀门关闭和仪表安装之后，管网模型就可以清楚的发现DMA之后对管网的运行参数的影响。如：(1)发现现状管网的问题或制约因素，如有必要可以在进一步规划DMA之前消除其影响；(2)可以提前发现区域边界的阀门关闭与新压力布局对系统运行压力的影响，并且可以在进行那些昂贵的仪表和阀门安装之前对效果不好的区域进行修正。(3)分析DMA内的流量，以保证市场上能够有相应型号的流量计可以选购。在现场试验和模型校准的时候也可以发现一些管网系统的一些问题。如打开了本该关闭的阀门，或者关闭了本该打开的阀门；减压阀设置错误或安装不正 供水管嘲漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究确；由于严重锈蚀或阀门关闭导致的流量缩减或压力下降；有可能需要再次分区以消除流量反向或者压力低的问题。一般来说建立一个管网模型模拟和现场测试都需要大量时间，所以如果要完全校准好模型之后在进行DMA的设计和施工没有必要的，在实践中，建模和DMA施工可以同时进行，只有在模型与给水管网有明显不同时，或者因为DMA的划分产生了压力问题才需要等待管网模型模拟结果来校准。管网模型模拟是一种相当有效的工具，在使用模型之前需要做以下三个方面的工作：修正跨越两个DMA的节点和相应的每个DMA所包含的户数；插入那些穿越边界线的小干管；设定设计规则。通过管网模型，可以发现有足够流速的可以安装流量计的干管，流量过小、流速不足而不能安装流量计的干管，以及信息不够准确、流速变化过大的干管而不能在DMA规划初期就决定是否安装流量计。在流量小、流速低的情况时，可以通过关闭阀门来节省仪表的安装费用。管网模型可以模拟阀门关闭对周围区域的流量和水压的影响，也可以模拟最大用水量和用水量季节性变化的情况，消除临时低流量、低流速可以通过临时关闭阀门来解决。管网模型分析同样也可以客观地分析由于DMA生成而产生的对管网系统水压的影响。这种分析可用于前述关闭阀门时的流量水平时对水压的影响，也可以分析将来某个时间(如夏季，各季节性的用水量)甚至未来20年的水量变化引起的水力变化分析，这样就可以预见当前DMA可能不能觉察到的问题。此外，因为水表等仪表安装引起的水头损失也可以通过管网模型分析检测，在压力较高时，这种局部损失会不明显，但是在低压区，这种仪表性的水头损失就可能不能忽视了。综上所述，对于模型模拟出可能出现供水问题的地方，有必要进行重新规划相关DMA的区域边界，或相应部分的配水系统重新规划以克服相关问题。如果不考虑这些瑕疵，不计划、模拟仪表和阀门的安装以及以后的运行，对其进行一些细节方面的研究，那么，在以后的工作中就有可能付出昂贵的代价。2．2．2．5仪表安装地点调查现场调查对于核实规划阶段决定的仪表安装位置时相当有必要的。因为一旦开始施工而发现位置不适当再进行更改，不但延误工期，还会带来不必要的损失。城市给水干管的调查可参考如下方法：(1)根据参与过干管施工的员工对管道的了解，核实干管图；(2)核实阀门之间的管道(记录容易引起误解的交叉结点处的阀f-1)；(3)使用探管仪来核查管道走向。 硕士学位论文如果上述步骤不需进行，那么建议沿干管勘查，记录、核实阀门、弯头和节点的位置。给水管网随着城市发展，可能因道路、电信等施工而改变了原设计给水管的位置，或者可查出管道记录中没有的或者不全信息。换句话说，在规划安装仪表的位置勘查其他设施也很重要，这样才能避免在开挖时避开破坏其他设施。此外，仪表安装还需要勘查两个方面的情况：电力供应和通信设施、旁通管的安装。电力供应主要是考虑到规划的DMA越多，靠人工去统计各仪表的数据也十分的不方便，效率也差。因此需要考虑数据的远传，进而考虑在仪表安装时附件的电力供应和通信设施的情况。所以在勘查仪表安装地点时也需要是需要的线路最短，费用最小。旁通管的安装时考虑仪表安装的周围设置旁通管或者在旁通管上安装仪表。这样做的优点在于可以把仪表简单的孤立出来以方便检修，也方便读书仪表上的数据。2．2．2．6水表的选择水表的选择非常关键，计量的准确性对漏损控制目标的实现有直接关系。目前流量计的发展水平基本上能够满足最大日流量和季节性用水量，同时也能够准确的测量进入DMA的流量，进入DMA子区域的流量以及与试验有关的低流量。仪表的选型需要考虑的因素有：管道的尺寸；流量范围：是否需要双向计量；精确度和可重复性；数据远传要求；水表的价格；维护和检修费用；水司的要求。尤其需要强调的是水表的精度，水表精度的选择取决与管网模型的模拟结果。精度在DMA中包含若干个水表时也很重要，因为这些水表测量的流入、流出DMA的数据越多，可能会因为水表的符合误差影响漏损水平的计量。在这种情况下，也需要水表的可重复性也很好。水表按原理不同可分为机械流量计、电磁流量计和超声波流量计等等，他们都可以精确的测量DMA所需流量范围的流量。电磁流量计的主要特点是：(1)其传感器结构简单，工作可靠；(2)水头损失小，仅是测量管内的沿程水头损失，且不易堵塞，电耗少。测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响：(3)无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉动流量，流量测量范围大，低负荷亦可测量，输出信号与流量成线性关系；测量精度约为士1．5％；(4)安装方便，且与其他大部分流量计相比，前置直管段要求较低；(5)重量轻，体积小，占地少：(6)双向测量系统，可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和优质材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。超声波流量 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究计的主要特点是：流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失；能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐蚀，非导电性等性能的液体的流量测量，也能测量气体的流量；对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资；量程比较宽，可达5：1；输出与流量之间呈线性等优点。缺点：当被测液体中含有气泡或有杂音时，将会影响测量精度，故要求变送器前后分别有10D和5D的直管段。以前因为水表技术方面的原因，大多数水司都采用机械仪表，机械仪表有～定的优势，可调性好。近年来，电磁流量计的应用越来越广，特别是在水质较差，管道中有沉积物的等径水表处。而且相对机械流量计来说，电磁流量计也适应的流量范围更广，精度更高，采用的也更多。仪表选型应考虑DMA的水头损失，峰值流量，季节性流量和夜间最小流量。如在遇到逆流的地方，或将来运行中有可能会出现逆流的地方，仪表就要求能测量反向流量。对比前几年的记录资料可以发现季节行差别。在漏损严重的地方，未来的流量的特征一特别是最小流量一可能会有明显不同。当漏损被发现和修复后，应该对可能的较低流量给出限额。如果模型不可用，则不能预测峰值流量，季节性流量和夜间最小流量。那么可以使用暂时插入的仪表来估计流量范围，考虑峰值流量，季节性流量和其他特殊流量做一些调整。经验水表口径选择值如表2．1。表2．1水表口径经验选择值DMA所含川户数水表口径<100080mm1000～1500100mm>1500150mm2．2．2．7仪表安装仪表选择完成后就开始进行开挖以提供足够的空间来安装仪表。在曾经有过水质问题的区域，可能需要在安装时添加一个过滤器。在安装阶段，还应该考虑远程仪表读数。2．2．2．8DMA校对DMA校对的目的有：(1)确保所有仪表都正常工作：(2)确保区域边界区域边界不漏水；(3)确保DMA内所有阀门都处于正确的状态。对一个区域进行校对的推荐步骤是在夜间测试中将数据记录器与DMA仪表同时结合起来。关闭对这个DMA的供水，观察水压和流量的下降。 硕士学位论文2．3DMA的管理DMA经过校对之后，就正式的进入到控制管网漏损的阶段，该阶段至少包括以下几个方面的管理：初期的管理，常规管理，数据库的管理。2．3．1DMA建成时的初期管理DMA建立并运行之初的管理主要完成以下四个方面的工作：1)进行建立记录规程和日常操作管理规程；2)建立DMA监测检查小组；3)视工作需要购买必要的设备；4)对每个DMA采取首次检漏和定位，确保找到存在的漏损并修复。初期检漏可以做的工作有：发现非常明显的泄漏并修复；找出不是很明显的泄漏并修复；重视水质问题，发现有问题的水质应及时处理。首先就是要确定该区域内存在漏水，再去探寻漏损的位置，然后修复之。但是如果发现漏损的水量在该水司的经济漏损控制指标之下，则考虑暂时放弃对该DMA进行漏损控制的降漏措施。造成漏损的原因很多。第一步就是要找到问题DMA内是否存在真的漏损，或是其它原因。建议核查DMA是否存在遵循以下方法：①检查DMA内的流量计计量的一致性，保证计算精度；②核实DMA内的基本数据；⑨初步计算漏水量；④检查是否存在计量错误；⑤检查DMA边界阀门，确保阀门处于设定的状态；⑥通过压力试验来检查是否有未知的与其他DMA连接管道；⑦调查非法用水量和不计费用水量；⑧进一步计算漏水量，最终确定该DMA内是否存在漏损。实际上，这项工作是城市给水系统DMA被建立起来时对它进行反复的检查。一旦证实该DMA内是真的存在漏损，就可以采用主动检漏法来发现漏水点，如音听检漏法，负压波法，电子放大听漏仪，相关检漏仪等方法和技术手段。就DMA技术来讲。可以通过以下这两点做到：再分DMA测量，或者辅助计量。大多数DMA能够使用一个或是更多的区域测量器进行再分DMA测量。其思路如图2．4，可以用阀门来做到DMA细分再行控制漏损，也可以用流量计来做到这一点，或者两者结合，到底选取哪一种方式取决与该区域内的特点。一个更为精细的方法介绍如下：对用户夜间用量的每一步都进行审定，相当于再细化DMA分区，然后在每一步中对夜间流量的下降和夜间流量的损失都保持记录，尽可能多的提供DMA内供水干管的信息，如阀门等等。辅助计量仅仅在再分DMA测量不容易实施，或者是DMA太大而不能得到精确的结果，或必须维持供水到客户且在再分DMA测量时没有找到替代方法时才用得上．还有其它一些有用的方法，只是他们暂时还没有用到DMA中来。包括使用 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究／～一一一一／～一一一一一哪分区一-一--D卧的再分区——瞥垃●魂■计●临时漉量计"●全闭边再闷门口H．临时使用的啊门图2．4DMA再分测漏法(a)基于阀门的DMA再分法；(b)基于流量的DMA再分法压力记录仪和负压波法等监测突然发生大的水头改变，进而知道一些诸如爆管等的突然发生的大的漏水事件，这时管网的远传数据用于管网建模可能及时的发现问题。管网模型能用于模拟泄漏压力的影响，这一点可以给泄漏检测人员一些指导。以上监测出的任何漏损都应该及时被修复，修复的数据和时间都应该被记录到数据库中。修复时应该对漏损规模的大小做一个大概的总的估计。流入DMA的流量的改变和修复前后的最小夜间流量都应该被记录。DMA内夜间平均压力也需要被监测。此外，还应监测修复后的DMA连续几个星期夜间流量。经过上述深入检漏和修复后，还可能出现一些可以预见的情况，以及针对这些情况需要在将来的工作中继续深化和完善，见表2．2。表2．2可能出现的情况及其对策可能出现的情况采取的对策漏子被发现并修复：夜间流量降低值与期无需继续采取对策望值相同漏子被发现并修复：夜间流量降低值与低进一步按步骤调查夜间流量和调查调降压力于期望值的可能性漏子被发现并修复：夜间流量没有下降或在DMA内寻早新的漏子，考虑调降压力，或者反而有增加，和更换管道漏子被发现并修复：夜间流量下降一段时在DMA内寻早新的漏子，考虑调降压力，或间后又上升／和更换管道有很大的夜间流量，但是又没有找出漏子进一步按步骤调查夜间流量，调降压力，或／和更换管道．26- 硕士学位论文2．3．2DMA的常规管理经过初期的DMA管理，漏损已经得到部分的控制，然而漏损控制时一项长期的任务，因此需要建立常规的运行管理机制，其内容大致包括：1)经常检查阀门状态，确保其在正确的设定状态(关闭或者打开)；2)检查仪表读数的准确性；3)更新DMA内的用户数，检查边界来保证DMA完善性；4)建立DMA数据库或漏损控制数据库；5)漏损监测、定位与修复；6)为进一步实行压力分区做准备；7)问题DMA的处理。2．3．3DMA的边界管理单独将边界管理罗列出来，主要是因为边界问题是DMA的核心问题，边界管理的好坏关系着DMA控制漏损的成效大小。边界的划分是通过流量计和阀门来实现的。阀门可能会因为临时的生产调度需要或者冲洗水管后忘记关闭阀门而使本该关闭的阀门没有关闭，也有可能是一些社会人员的故意行为。也不排除各个分公司为了部门利益而打开边界的阀门。因为某些阀门的开关会存在没有计量的情况。因此边界管理是需要特别关注的。对于边界可能存在的这些问题，建议采用以下对策：1)在阀门的安装位置给出醒目标志，常开、常闭等，并在阀门上标贴阀门的运行状态的报告制度；2)加强公司内部培养教育，加强对DMA功能的认识。2．3．4建立DMA的数据库保存数据是DMA管理的必要部分，而且当今计算机技术发达，有必要建立电子数据库，方便查询与动态管理。DMA数据库分为静态数据库和动态数据库。2．3．4．1静态数据库静态数据库包括基本元素数据库和基本图形数据库。其中基本元素如下：DMA标识符；仪表；边界阀门：减压阀；压力监测点；管网，阀门和消火栓等组成DMA的元素的位置和型号等参数。基本图形数据库则为管网漏损控制提供直观的资料。在图上可以很快的查到所需要的DMA的位置和其周围的情况，以便出现突发情况时迅速作出决策。图形数据库包括：城市管网示意图(1：10000～1：25000)；区域示意图：DMA平面图。城市管网示意图是指标识DMA边界和仪表测量的地方，这些与水进入供水区域的主要因素一一主干管，服务水池，泵房，供给边界有关。区域示意图是指 供水管刚漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究描绘的供水区域可以用来生成一系列的DMA平面图，显示所有DMA供水情况。示意图将显示区域内所有DMA的位置，包括边界阀门和仪表标识符。而DMA平面图指的是单个DMA的详细平面图，其中包括：编过号的边界阀门和仪表；为DMA细分或阶段测试用的阀门；大流量用户(存入数据)；管网特性(干管，管路阀门，消火栓)；有特殊需求的用户。2．3．4．2动态数据库动态数据库包括仪表的实时信息数据，漏损分析及修复数据，DMA运行操作数据等。动态数据库可以监测边界阀门的关闭和开启：在线DMA监测可以帮助定位；指导修复人员找到漏损位置；为DMA文档提供漏损和爆破记录。仪表的实时信息数据主要是两个方面的数据，水量方面的实时数据和水压方面的实时数据。当DMA采取远传功能之后，这些数据都是很容易获取的信息，可以每间隔l5min或者30min远传一次数据，然而流量计量有其特殊性，有些流量计是需要双向计量的，这时就需要对其进行监测(特别是大口径的流量计处)。此外，下列数据都是仪表信息数据库所需要的：每个仪表的分时间段计量流量；计费水量；用户用水类型(工业大用户、居民生活用水等)；DMA内的平均压力(自动实时计算并存储到数据库)；时变化系数；冲洗水管水量；消防及绿化喷洒水量等等漏损分析及修复数据主要是根据仪表的实时信息数据库来建立一种常规化、有组织、有规律的一种漏损控制机制而建立的。漏损分析是根据仪表的实时数据库来进行的，实时的进行一些程序设定好的计算，并将得出的结果存储以备进行该DMA漏损控制时提供数据支持。而漏损的修复数据对于长期的漏损控制任务是很重要的参数，其内容包括：发生漏损的管材、管龄及准确位置；漏损的原因和类型；修复采用的类型，是否更换管道：修复成本等等。漏损修复是一个过程，不像仪表信息的读取那样能够迅速而且自动读取，因此漏损的修复需要在修复时将修复的数据和标识在DMA图上表示出来，以避免遗漏重要的信息，然后在漏损修复后再将这些数据录入动态数据库中。2．4DMA维护DMA系统经过规划，测试和初次检漏后就进入了DMA运行阶段，在这个阶段就需要对DMA系统进行监测和维护，以保证DMA功能的正常运行。然而给水管网系统并不是随着DMA的划分而一成不变了，其可能因为城市发展而扩张，也可能因为突发情况而需要用水的调度等原因引起的DMA系统方面的维护与管理。此外DMA的维护还包括其设备的维护。 硕士学位论文2．4．1管网系统变化引起的DMA维护当系统发生新的变化时，就需要对DMA系统进行必要的维护。如区域边界发生改变，生产调度需要，或由于DMA内的城区改建而使得大用水量用户的产生或者消失等。若是区域边界发生变化，则可能需要重新划定DMA，也就是说需要重新进行2．2．2节的程序。生产调度需要则需要分两点来说明，如果是因为水厂扩建导致泵的增加和配水管网中水头损失的增加，泵的更换(如定速泵更换成调速泵等)的原因引起的生产调度需要，那么这种改变是永久性的，就需要对现有的DMA系统进行评估，可能需要对局部的DMA进行调整；如果是因为用水量的突然增加，或者夏季用水高峰的需要产生的临时性的生产调度，那么可以暂时性的忽略DMA，而做好公司内部各大分区的计量工作就可以了。2．4．2DMA设备的维护DMA系统的有效运行依赖于其配套的设备正常运行，而设备的维护是保证DMA系统正常运行的手段之一。设备的维护需要对正在使用的仪表进行维护，经常用校对用表校对各流量计，确保其精度，当精度不够时就考虑更换或者修复流量计，也要将测压力的压力表进行维护，因为所有的数据都考虑了远传和遥测，所以这部分的通信系统也需要进行维护，确保其正常工作。此外，也要加强备用设备的维护，确保其启用时是完好的、正确的。2．5本章小结本章主要以DMA为中心，对DMA从设计到管理、维护做了系统的阐述，并得出以下几点结论：1．阐述了DMA的概念、目的和设计原则，应该以区域计量原则(即DMA)为主，兼顾管理分区原则和行政分区原则，统筹规划DMA。2．总结了DMA实施步骤框图，让DMA实施步骤程序化，结构化，标准化。3．给出了DMA管理应注意的问题，建立DMA控制漏损数据库的要点以及需要纳入数据库的信息。4．提出供水企业应维护好DMA及相关设备的措施，以应对将来供水事业的变化和满足城市发展的需要。．29． 供水管网漏损摔制的DMA技术及阀门布置的优化研究第3章DMA实例研究中部某市供水公司因河流阻隔，而自然分成河东和河西两个独立的供水管网系统。城西分公司由两个水厂供水，二水厂及四水厂。城西总面积l39平方公里，总人口68万人，其管网有着很强的特殊性，管网敷设形式受城市发展与规划布局影响，且由于建设发展历史较长，管网经过多次局部更新，扩建，改造等，形成“规划欠合理，发展较无序，构造很复杂"的局面，且由于管网总长度较长，管线上下情况复杂。加之，水源和净水厂分布得不够合理也对管网的水压有着相当不利的影响。因此在本研究过程中，首先对供水管网的现状基础情况进行初步的介绍和了解。二水厂始建成于1954年8月，设计日供水规模为3万立方米，1965年6月建成投产，1980年4月扩建一组平流沉淀池，1989年再扩建一组滤池，设计日供水能力达到5万立方米。随着城市的拓展和人口增加，供水能力已不能满足该地区的用水需求，特别是该厂取水头部附近的源水水质污染严重，水质安全得不到保证。根据该市城市整体发展规划及满足河西区的生产生活用水需要，经报上级主管部门和政府批准，于2002年启动了二水厂南迁项目。项目总占地面积299．19亩，设计供水能力为30万吨／天，分三期实施。一期工程供水10万吨／天，已于2007年7月竣工通水，老二水厂位置城区的中部，新二水厂位于城区的上游位置，见图3．1。四水厂位于河西供水的北部，城区的中下游区域，于l982年4月建成投产，担负着该市河西地区的主要供水任务。原供水能力为5万吨／R，因河西地区的经济发展和人口的增加，自来水的供需矛盾日趋突出，扩建为日供水设计能力40万立方米。整个工程分二期进行，1992年10月四水厂第一期扩建工程动工兴建，1996年2月顺利投产后，建成后供水能力为20万吨／日。本案例以城西分公司2006年的供水数据为例，研究河西管网的DMA。2006年城西分公司的总购水量86549545m3，总售水量为69291566m3。因而日平均用水量为237122m3／d，该年份的产销差为19．94％，除去部分非收费水量，仍然可以看出该市城西分公司的管网漏损率高于《城市供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ92．2002)中规定的城市供水企业管网基本漏损率不应大于12％的标准。因2006年河西分公司的新二水厂尚未启用，故只考虑老的二水厂。此外，二水厂的送水泵站地面标高为40m，水泵扬程为40,-、,45m，四水厂的送水泵站地面标高为45m，水泵扬程为38～43m，管网中节点高程在30～ 硕士学位论文67m之间，在夏季高峰用水时用水量超过31万m3／d，目前两水厂在满足最大用水量时需要超负荷运行，目前没有设置中间加压泵站。二水厂的供水范围为水厂周围两个大的用水单位，和南边的用水区域，在二水厂的左边有一根DN600的管道供应西部工业区的用水，其他区域的用水都为四水厂提供，管网总体布置图如图3．1所示。远期考虑在管网供水干管的西部和西北部建两座加压泵站，以供应市区将来发展的需要，在城市南部规划一座20万m3／d的水厂，可以满足水厂周边发展一个科技园区和缓解目前城西供水紧张的局面。水一，，，，，，图3．1某市城西管网基本情况简图 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究该市城西管网2006年运行基本统计数据见表3．1。表3．1管网运行基本统计数据从第2章的DMA规划设计与安装流程图(图2．1)可知，DMA从规划到实施分很多步骤，但是从水力理论和管网水质角度分析，其关键在于初步DMA的规划和测试，而仪表安装等可以作为施工人员后续的工作展开，因而，本例就DMA流程图的前四步为例，进行DMA规划方面的分析。3．1设计要求1．保证用户用水量的需求；2．保证用户的水压要求，亦即保证该市供水条例中对水压的要求，城市边缘区至少为10mH20。3．保证基本供水水质，因阀门关闭而导致的死水区考虑定期冲洗，因阀门关闭导致的城市边缘节点点不再作为水质的监测对象。3．2初步DMA规划该城市具有较为完备的供水管网地理信息管理系统，在供水管网上广泛分布了测压点。依据上述设计要求和2．2．2．1所述，提出了三种具体的分区方案：DMA分区方案(以DMA为主，管理和压力分区为辅的方案)、压力分区方案(以压力分区为主，DMA和管理分区为辅的方案)、管理分区方案(以管理分区为主，DMA和压力分区为辅的方案)。下面分别以DMA分区方案、压力分区方案、管理分区方案为其简称，并加以介绍。3．2．1DMA分区方案以管网地理信息和管网CAD图为基础，详细分析城区用水量和用水类型分布，考察地形起伏分布，管道的特性等等，充分考虑与管理分区和压力分区相结合，将城区分成22个大型的DMA(图3．2)。因为实际情况的复杂和繁琐，只能以国外的标准作为参考的依据，而不是照本宣科，犯教条主义错误。如该城区内有8所高校，用水总人数超过一半的总人口数量，用水量大，用水也相对有规律，因此都是可以单独计量，自成--+的DMA。3．2．2压力分区方案压力分区主要与地面高程、和距离水厂的远近有关系。通过调查分析，城区 硕士学位论文图3．2DMA初步分区图的西部和北部地区的地势高，其他地方的地势相对平缓。通过模拟管网运行状态，再由压力监测点的数据校准后的模型，可以得到压力分布图，根据压力分布图考虑将城区分为23个区，在23个区的基础上再考虑更小的DMA分区。基于压力的分区方案如图图3．3。3．2．3管理分区方案参照其管网地理信息系统的监测数据，利用EPANET2．0软件对管网运行情况进行模拟，可知该城区两个水厂的供水界限比较明显，如图3．1所示。但是一 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究个偌大的城区，只有两个分区显然是不合适的。再继续考察城区内用水的构成，可以发现城区内部大单位用户多，如高校，医院、大型企业等等，他们可以自成一小的管理分区的单元，此外西部的工业园区也可以单独作为一个管理分区，总共分成27个分区，当然，该城区企业多，还可以再分为更小单位的分区。管理分区分布示意图见图3．4。图3．3压力分区方案 硕士学位论文图3．4基于管理分区的DMA方案由图可知单纯的以管理作为分区的向导会导致很多的问题，分区分散，主次不分明，因为该城区大的单位多，可能还会导致检漏效果不明显。3．2．4方案比较与推荐方案3．2．4．1方案比较针对上述三种可行性方案，分别从水力条件、管理方面、工程改造难度、与未来城市发展的对接是否方便等四个方面对方案的优缺点进行了评估。 供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究3．2．4．2推荐方案分析最终确定推荐的方案为DMA分区方案，也即以DMA为主，兼顾管理分区和压力分区的方案。为了使方案更加完善，功能更加明确，层次更加清晰，界限表3．2DMA方案评估表更加明了，管理更加方便，在图3．2的基础上，加上常闭阀门，调度阀门(平常是关闭的，有调度需要时打开)，以及流量计，得到图3．5所示的推荐方案。推荐方案的设计思路是：1)尽量避开供水主干管设置DMA，若从主干管开T的管道管径较小，则考虑开T出来的管道单独成一个DMA。2)充分考虑管理分区，以两个水厂的供水分界线为界，在东边的供水分区线处一根输水管采用关闭阀门的方式，另一根用流量计；西边的供水分区线处采用流量计；3)分区时考虑DMA内的压力，保持DMA内的压力差尽量保持在较小范围内，以方便后续的漏损控制管理；4)大单位用户，并且用户数超过500户的，则与考虑其周围散户一起编为一个DMA单位。5)分区考虑与远期管网发展相结合，如远期的二水厂建成之后可以在其南边的开发区独立建成DMA，而不影响现有DMA的结构。而二水厂建成后其出口的阀门就可以取消。6)在初步规划了DMA之后，应考虑与计算机模拟相结合，预知DMA之后对管网运行与调度的影响，以及对管网水质的影响等等，并且能够提出相应的解决方案，这～部分将在后续节中详述。 硕士学位论文3．3推荐方案的计算机水力模拟测试经过上述方案技术分析和经济比较，最终采纳了基于计量分区的方案，为预先了解DMA对管网运行和调度的影响，就进一步的对经过校核的模型对管网进行模拟，如果发现问题就立即进行下一步的调整。城市供水中需要保证是水量、水压、水质。相对水质来说，水量和水压更加重要，没有足够的水量和水压，保证水质是一句空话。因此，我们首先考察DMA分区对于配水管网压力的影响。图3．5DMA初步规划详图 供水管日漏损控制的DMA技术厦阀门布口的优化研究33．1推荐方案水力模拟测试DMA的规划需要设置很多的阀门和流量计．以达到独立计量或者间接独立计量的目的。由于阀门的设置，会使本来具有干管之间连接功能的连接管隔离丌柬，阻碍了水流，打破了之前的水力平衡，失去了其本来的功能，故必须要预测管网改造后压力的变化情况。阀门安装前后的最大用水时压力变化图如图3．6。从图中可以看出，因为阀门的设置导致了大部分区域的压力下降，从某种程度柬讲，压力的下降对于降低管网漏损量是有好处的，但是如果影响了用户对水压的要求，那么就需要进行相应的技术措施进行补救。如按照现在的阀门安装方案，对竣城区的北部的水压影响很小，但是对西部的水压影响很大，其主要原因足改区域地势普ji；i比较高，又是工业区，用水量大，此外由于工业区发展壮大，新土兕划将继续两进，因此未来的用水量将会更大。3．3．2推荐方案修正根据管网模拟安装初步规划的阀门后水压的分抽图(图3．6)，可以看出初步规划有需要修正的地方。由于该城市供水条例所要求的靠近城市郊区或者地势商的地方供水水头不低于10m，因此有必要埘城市西部的水压进行规划调整，图3．6阀门安装前后的最大用水时压力分布图(1)阀门安装前；(2)阿门后装后通过仔细研究，多次对阀门和流量计安装方案进行调整，得到修正后的DMA实施方案图(图37)。修正处主要在位置该城区西部的D20，D22，D23，D24， 硕士学位论文D25分区的五处较大管径的常闭阀门修正为流量计，以改善该区域内水压低的问题。修正后方案的初步工程量统计表见表3．3。表3．3管网DMA改造工程量初步统计表图3．7修正后的DMA分区规划详图．39． 0Im管HM描牲制的DMA＆$＆阀f]布霄的优化Ⅲ究圈3．8修正后的DMA最大用水时压力分稚图从38中不难看出，与修正前相比．低压区得到了较好的改善，在最大用承时的压力有明显好转：与现状相比，只是西部的低压区稍有扩大。在非用术高峰时，水压基本满足该市的供水条例，而高峰用水时，仍然有小部分区域水压偏低，联系目前该区域的压力也较低的情况．建议解决方法为：随着改区域发展和用户用水的压力需求的提高，该区域的用户以社区或者企业为单位进行单独局部加压，加压区域应作为独立的DMA。通过综合比较和调试，该修J下方案作为该城区的最终DMA方案。3．33DMA对管网压力影响评价从331．332节可知，DMA对管网水压的负面影响是DMA需要考虑和避免的问题之一，如果DMA仅仪是对管弼过高压力有降低作用，那么这是我们需要的结果．但是作为城市供水，我们必须要保证晟不利点用户的水压，而DMA则有可能将最不利点的水压更低，这是城市供水所不允许的。因此有必要对DMA分区前后对管网压力的影响做一综合评价。通常该评价主要考虑两个指标，一是节点水压相对最低供水压力的余压，一是节点余压的平方和．即，(即=∑(f一尸。)(31) 硕士学位论文式中￡一一节点i的自由压力；P．一一最小供水压力。DMA分区前，方案修正前、修正后的管网压力数据对比见表3．4。表3．4DMA对管网压力的影响数据表从表3．4中可以看出，DMA对管网压力的影响是负面的，因为管网中阀门的关闭，总会降低部分或者全部节点的压力，但是我们可以通过改变某些阀门，转而使用流量计来替代，进而改变局部压力过低的情况。经过修正后，管网余压改善不是很明显，但是管网余压的平方和得到了较大改善，说明了使用流量计替代阀门是改善局部压力的可行方法。3．4推荐方案的DMA对水质影响的计算机模拟研究随着人民生活水平的提高，人们对生活质量的要求也随之提高，对于自来水行业来说就体现在人们不再仅仅关心有没有水喝，而更加关心喝的水质量怎么样了。DMA由于要增加很多的流量计和阀门，肯定对水质会有影响。该影响应分为两部分来分析。一部分是由于阀门关闭导致的管道末端水流不畅进而引起水质恶化，对于可能因为该原因引起水质恶化的管道采取定期通过管道末端的消火栓放空以保证水质：还有一部分可能引起水质恶化的就是因为管网阀门关闭，破坏一些环路管网，进而引起水质变化，这一种水质变化是可以通过计算机计算得出的。下面将从管网水龄和余氯两个方面阐述DMA对管网水质的影响，并通过对监测点和趋势面综合讨论DMA对水质变化的影响。模型采用EPANET2．0软件中的水质模拟模型。3．4．1EPANET水质模拟模型简介EPANETH引水质模拟采用的是空间上拉格朗R法，时间上为时间驱动的解法去跟踪管网中一系列离散水粒子沿着管道以及在节点相互混合的两个固定步长之间的变化。为了适应水质在管道中短时间的变化，水质时间步长一般比水力时间步长短(一般为分钟而不是小时)。EPANET能够跟踪管网中某一反应物质在管网中流动时的增长或衰减情况。物质的反应可以发生在水体中，也可以发生在管壁上。因此反应可以分为容积反应和管壁反应。3．4．1．1容积反应EPANET模拟的是发生在体积流中第11级反应动力学的反应模型，这里瞬时 供水管嘲漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究反应速率(R以质量／体积／时间表示)，并假定是浓度的函数，即：R=蚝C“(3．1)式中：C=反应物浓度(质量／体积)：n一一反应级数。Aa一一容积反应速率系数，当反应级数为0时，Kb的单位为浓度的单位，当反应级数为1时，Kb的单位为时间的倒数。增长反应时为正数，衰减反应时为负数；EPANET2．0软件也会考虑物质最大增长或衰减时的极限浓度。在这样的实例中，速率的表达式就变为：R=K(q—c)c‘”1)(n>0，Kb>0)(3．2)R=K(C-CL)C‘”1’(n>0，Kb