城市供水管网测压点的优化布置及压力测量方法探究
【摘要】城市供水管网节点水压不仅能反映管网的运行质量，也是对管网进行压力模拟的基础，及时掌握管网的水压信息能有效地监控管网漏水或爆管事故的发生。从需求角度看，管网中每个节点的水压都应测量，但由于测压设备价格昂贵，所以需要根据投资额的大小，选择一些重要的、具有代表性的节点进行监测，因此需要对测压点的位置进行合理的布置。而且，水压监测点在管网中的均匀分布能提高水压监测的灵敏度。
【关键词】市政给排水；优化布置；压力测量；灵敏度分析；经济有效；水压力分布
０ 引言
供水管网作为城市的重要基础设施，是社会生产和人民生活的命脉，对于保证城市经济的稳定发展、人民生活水平的提高以及社会的安定，有着举足轻重的地位。但由于自然力、城市施工或其它人为因素的作用，供水管网会不可避免的遭到一定程度的破坏，从而造成部分自来水的漏失。城市供水管网运行中出现的漏水现象不仅造成水源浪费，影响供水企业的经济效益，而且造成降压供水，影响用户用水，降低管道安全性，此外，对管道基础也造成破坏，甚至对其附近的建筑物、构筑物等公用设施带来潜在威胁。所以，为确保安全经济，关键问题是对管道漏损进行及时控制。
１ 优化布置的原则
管网漏损情况下的测压点优化布置符合测压点优化布置的一般原则。即： １.１ 管网中的测压点应分布均匀；
１.２ 所选测压点应具有代表性，能反映整个管网供水压力的全貌；
１.３ 当出现管网压力分布不合理时，能及时调度各水厂的供水量和扬程，经济有效地调整供水压力分布。
２ 管网分区
本文所指的管网分区不同于一般概念上的串联和并联分区，而是在对管网进行水力平差的基础上，按照供水管网系统的集结原理将现有的管网系统划分为若干区域，使系统的每一个节点属于且仅属于一个区域，且同区域中各节点的压力近似相等。如果在系统的各种负荷运行条件下，供水管网系统中每一个集结区域内各节点的压力值均非常接近，则每一个集结区域就可以只设置一个压力监测点，该点的压力侧量值就可以粗略地反映该区域的压力状况，每个集结区域中所有节点的压力值越接近，监测点的压力值就越能反映该区域的水压力状况，测量误差就越小。在对管网进行分区后，并不是区域内任一节点都适合进行压力监测点的布控，还需要对区域内节点压力的变化进行灵敏度分析。
３ 管网节点压力变化的灵敏度分析
管网中一个节点的压力变化时，会不同程度地引起其他节点的压力变化；而某一个节点的压力变化则包含着整个管网节点压力变化的信息。灵敏度方程建立的基础是管网连续性方程和能量方程，即：
３.１ 连续性方程 ３.２ 能量方程
４ 测压点位置的确定
设管网需要布置n个测压点，按管网分区的方法将整个管网划分为n个区。
因为一个确定的供水管网，在某一工况工作时，节点水压会受到节点流量的影响，当节点流量发生改变时，各节点水压值一般也会发生改变，但每个节点的改变程度通常不一样。一般来讲，水压变化最大的节点灵敏度最大，最能反映管网运行变化情况。所以按照这一思想，在对管网进行分区后，对各区域中节点水压变化进行灵敏度分析就能够确定每个区域的代表点，也就是水压监测点的最佳位置。
布置测压点的目的是使测压点的压力能够代表所在区域内的所有点的压力。前已述及每个区域内的代表点的压力能够代表该区域的水压，对整个管网来讲，所有代表点（测压点）的所测压力就应能够代表整个管网的压力。除此之外，测压点的灵敏性也是进行管网漏损监控的先决条件。
测压点的计算步骤如下：
（1）输入管网数据进行管网平差，得出管网初始平衡时的各节点压力值，按管网分区方法对管网进行分区，使管网分区数等于测压点的数量。
（2）使管网各节点都增加一个较小流量，再次进行管网平差，并与初始平衡时的各节点压力值进行比较，得出管网节点压力变化的灵敏度，并进行排序。
（3）根据各区域内节点压力变化的灵敏度排序结果，确定最灵敏点为压力监测点，并结合现场勘查情况确定合理位置。
５ 测压点压力数据的测量 目前，国内常用的测压方式可归纳为三种：第一种是将自动水压记录仪设在测压点上，连续记录该测点的水压，每天定时调换水压记录纸，根据各测压点的连续水压记录，整理统计出全市的水压分布情况。第二种是将测压点的水压用有线或无线的方式及时和连续地传至调度中心，作为水量调度和机泵开停的主要参考依据。以上两种测压方式多用在永久性测点上。第三种是人工量测的方式，工人用压力表在规定时间内测定指定的消火栓内的瞬时水压，有时也可测定用户水龙头上的水压作为该点附近的水压参考资料。
６ 测压点压力数据的特征 管网压力是一个空间向量，各个节点的压力不是相互独立的，必然受着邻近节点压力变化的影响，所以管网压力无论是在空间还是在时间变化上都是一个连续的变量。但是由测压系统所测的压力却无法将这种连续性表现出来，而只能是一个离散变量的集合，这是因为管网是一个网络结构，各节点通过不同的管段相互连接而成为树状或网状，进行管网压力测量时一般是将管网分作若干区域，并在每个区域中选择一个灵敏性最高的节点进行测压装置的安置，以此来代表该区域的整体压力，这就直接导致了测压信息在空间上只能为一离散变量的集合。就目前而言，采用SCADA系统进行管网压力测量时，为了避免系统通讯忙碌造成拥挤，一般是按固定时刻或特定时刻进行测量，所以由SCADA系统所得到的管网压力在时间上也是一个离散的集合，本科题通过趋势面来模拟管网压力实现了管网压力的连续性变化，克服了传统的管网调度模型只用有限个测压点代替整个管网所带来的弊病。
管网压力还具有很强的周期性和一定的趋势性。根据测压点水头变化规律，可将测压点水头分解成三个子分量：周期性分量、持续性分量及随机扰动性分量。由于测压点水头的变化与城市用水量变化规律密切相关，它们都是受城市工业及人民生活规律的影响，因此它具有以一定时间为周期的变化特点;持续性分量主要指由于天气及人口增长因素对各配水区域用水量产生持续性影响，导致测压点水头产生持续性变化;随机扰动分量是模型中不可预测的并造成预测误差的部分。所以对测压点的数据进行处理能为管网建模和优化调度带来很多的优势。
７ 结束语
综上所述，给水管网运行时，管网状态随用户水量变化而随机变化，很多状态变量和参数量属未知。运行着的管网的已知量仅限于少量测流测压信息。测压点由于其在管网中分布的位置有一定的代表性，还有上述的本身优势，加上在正常供水条件下，调度方案在一定时段内是确定的，所以通过测压点反馈的信息将能很好的代表管网的运行状态，这点是其它监测方式不可比拟的。
【参考文献】
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