北京市南水北调配套工程环线管网水力模型的建立|南水北调2018配套工程

　　doi:10.3724/SP.J.1201.2012.01011� 　　摘要：为实现南水北调来水和北京本地水的优化调度,保证首都安全稳定供水,需对南水北调配套工程环线输水管�建立水力模型,掌握管�的实时运行状况。介绍了应用Info Works WS软件建立该工程环线输水管�模型的过程,包括工程基本情况介绍、数据需求及处理、模型创建及校核和模型维护等方面的内容,并对应用该模型计算得到的结果数据和设计资料数据进行了对比分析研究,发现该模型可以较好地进行管�实时流量模拟。�
　　关键词：北京市南水北调；Info Works WS；管�建模；校核标准；数据处理；输水管��
　　中图分类号：TU991;TV68 文献标识码：A 文章编号：
　　1672-1683（2012）01-0011-03�
　　
　　Establishment of the Hydraulic Model of the Circle Delivery Pipe Network �for Beijing South-to-North Water Diversion Project�
　　WANG Huan-quan�1,ZHAO Shu-qi�1,XUE Wei�2�
　　(1.College of Architecture and Civil Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China；�
　　2.Beijing Qingliu Technology Development Company,Beijing 100073,China)�
　　Abstract:In order to realize the optimal operation of the South-to-North Diversion Water and the local water in Beijing,and to ensure the safety and stability of the water supply for Beijing,a hydraulic model of the circle delivery pipe network for Beijing South-to-North Water Diversion Project is developed to investigate the real-time situation of the network.This paper introduces the procedures of building up the circle delivery pipe network model based on the Info Works WS software,including the basic information of the project,the needed data for the model and data processing,the development and verification of the model,and the model maintenance.The results obtained from the model are compared with the design documentation data,which suggests that the model can provide a reasonable simulation of the real-time flow in the pipe network.�
　　Key words:Beijing South-to-North Water Diversion Project;Info Works WS;network model;verification standards;data processing;water delivery pipe network
　　�
　　
　　为接纳南水北调中线来水,使外调水和本地水高效有机地结合,北京市已经开工建设配套工程,该工程包括长达90 km的环线输水管�、近远期规划的13座水厂（包括现有改扩建水厂）和3座调蓄工程,起点是惠南庄泵站,终点是各水厂,全程采用泵站加压和低压自流方式输水,2020年供水规模将达到560 m�3/d,远景规模达到800 m�3/d,如表1所示［1］。供水范围主要为中心城、京西CBD地区、门头沟新城、通州新城、亦庄新城、京津发展带以及首都新机场地区。通过与官厅、密云两大水库供水系统联合调度,总供水范围�5 876� km�2,覆盖了平原区90%以上的面积。为了实现水资源的优化配置,需要建立智能调水系统,该系统的基础就是配套工程管�的水力模型。�
　　
　　1 模型的建立�
　　1.1 数据需求及来源分析�
　　数据的完整性和准确性直接关系到所建模型的准确性,所以在建立模型之前一定要采集到完整准确的基础数据,模型建立之后采集准确的运行数据,在管�建模过程中相应的关键数据需求及来源如表2所示［2-3］。�
　　数据需求数据类型数据来源
　　建立管�拓扑结构节点坐标和高程；管道管径、长度和摩阻系数；水池高程和水位等GIS系统、CAD设计图、施工人员的记录
　　分配节点流量用户用水量数据和用水曲线SCADA系统和营业收费系统
　　建立泵站模型水泵坐标、高程、曲线和运行记录泵站施工图、调研测试、工作人员记录
　　模型校核监测点流量和压力SCADA系统
　　1.2 建立模型�络�
　　将北京市各主要道路地图以shape格式通过Info Works WS（以下简称WS）的数据导入中心导入到WS中作为背景地图,管�的导入分为以下两种情况。�
　　① 如果已经建立管�GIS系统或有CAD设计图则可直接将管�数据按节点和管段分层导入WS,然后使用WS自带的管�拓扑结构检查工具检查管段连接是否合理,有无孤立的节点和管段等错误,以便及时纠正,这种方式简单直接,工作量小,是建立模型�络的主要方法。�
　　② 如果没有管�GIS系统,则需要根据管�资料利用WS的�络构建和编辑工具自行构建�络并输入其属性信息。 �
　　实际上两种方式可以结合使用,由于环线管�尚未竣工,在适当简化的基础上结合以上两种方式在WS中建立了北京市南水北调配套工程管��络,见图1。�
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　　1.3 管道摩阻系数的确定�
　　管道摩阻系数是影响模型准确性和摩阻损失的重要参数,要根据管道的材质和埋设年代确定,虽然WS提供了根据上述因素自动分析摩阻系数的功能,但是为了得到更加精确的摩阻系数,需要通过水力学试验测定。北京市配套工程中的管道有钢筋混凝土圆涵、钢筋混凝土方涵、大口径PCCP管和钢管等,本次建立的模型中各种材质管道的摩阻系数如表3所示［4-6］。�
　　
　　1.4 水量分配�
　　输水管�模型的水量分配同配水管�模型相比较而言比较简单,因为终点是各大水厂,暂不考虑水厂调节池的缓冲影响的情况下,其需水量即是其供水量,将表1中各水厂供水规模数据输入到WS中,按泵站加压输水和重力自流输水把水厂分为两种类型,如图2所示。�
　　
　　根据现有水厂特征日或系列平均供水量曲线资料,参照以下公式：�
　　需水量系数=时需水流量/日平均需水流量�
　　将时用水流量换算成该时需水量系数输入到WS的需水量图表库中,建立各水厂需水量图表,黄村水厂（日平均需水流量2 190 L/s），需水量系数计算表见表4。�
　　1.5 建立控制�
　　建立控制是指根据实际运行工况设置模型中阀门的开度、水池的初始水位、水泵的运行模式以及传输节点的流量等参数。本模型根据工程五大工况之一的南水北调正常供水工况设置各项参数,该工况要求优先利用南水北调来水,当来水不足时,启用京密引水渠,经龙背村闸进入供水环路。关键控制规则见表5。�
　　2 模型运行及校核�
　　2.1 模型运行结果分析�
　　�络、控制和需水量设置完成以后即可运行模型,本次运行设置时长48 h,计算步长1 mm,模拟了此时间段内南水北调正常供水工况,得到各段流量、各点压力和调节池水位等信息,发现大宁调压池的水位保持稳定,上下波动在0�2 m以内；团城湖调节池水位有缓慢下降趋势,48 h内下降0�05 m。部分管段模拟计算流量与对应工况设计流量非常接近,误差在允许范围内,管�各部分运行正常,南水北调正常供水工况分段规模设计流量与模拟计算平均流量对比见表6。
　　
　　2.2 模型校核�
　　初步建立的模型难以完全符合实际情况,必须进行校核修正使其逐步接近实际,满足使用精度。模型校核是指用SCADA测得的监测点的流量压力实测值跟模型计算的计算值相比较,根据误差检查和调整模型参数,直至实测值和计算值达到校核标准。由于本工程未完工,本文未对该模型进行校核研究,只提出如下校核标准,待工程完工后检验。�
　　① 各调节池的总出水量、各流量仪出水量和供水压力模拟值与实测值的吻合程度。② 全部压力监测点水头的模拟值与实测值之差在4 m 以内,80%压力监测点水头的模拟值与实测值之差在2 m 以内,50%压力监测点水头的模拟值与实测值之差在1 m 以内。③ 各节点水压分布情况与实际吻合,水压过低区域与实际吻合。�
　　3 模型的更新及维护�
　　随着城市的建设和发展,建立模型的基础数据可能会发生变化,例如新建的管�,模型精度将会下降,先前建立的模型已不能满足现状系统分析的需要,这就要求对模型进行更新和维护。�
　　需要更新维护的数据包含四个方面：管�拓扑结构、管道摩阻系数、水泵特性曲线和用水量空间分布。这些参数会随着时间发生变化。也是影响模型精度的重要因素,需要定期更新和维护。�
　　4 结语�
　　建立输水管�水力模型是建立北京市南水北调信息化管理系统的重要组成部分,应用Info Works WS软件建立了该工程环线输水管�模型。�
　　应用该模型可以分析和预测在不同的管�运行边界条件下,供水系统的运行工况如何,模拟五大工况下的水量分配情况,从而制定科学合理的输水调度方案,为管�系统的安全运行、提高运行效率、节能降耗及为提高企业客户服务水平提供辅助决策支持,对优化调度两大水源来水,高效合理的利用水资源,保证首都的用水安全具有重要意义,同时,为以后的管�系统改扩建及应急供水预案的制定奠定了基础。为保证水质安全,还要在水力模型的基础上建立水质模型,应对可能出现的水污染事件。�
　　参考文献（References）：�
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　　［6］ 吴持恭.水力学（上册）［M］.北京:高等教育出版社,2009.(WU Chi-gong.Hydraulics (the first volume) ［M］.Beijing:Higher Education Press,2009.省略ki.net/kcms/detail/13.1334.TV.20120224.1342.006.省略�
　　通讯作者:赵树旗(1963-),男,河北元氏人,副教授,主要从事水环境工程与系统化方面的研究。E-mail:zhaoshuqi@bjut.省略