“新質(zhì)生產(chǎn)力賦能浙江城鄉(xiāng)水務(wù)高質(zhì)量發(fā)展”研討會(huì)暨浙江省城市水業(yè)協(xié)會(huì)2024年年會(huì)于2024年9月4-6日在浙江寧波舉辦。會(huì)議精心邀請(qǐng)60余位行業(yè)專家與會(huì)交流，來自浙江省水務(wù)企業(yè)、高等院校、設(shè)計(jì)院、研究院、政府部門及國(guó)內(nèi)友好交流單位等近千位水務(wù)同仁、專家、學(xué)者參加了此次會(huì)議。上海《凈水技術(shù)》雜志社作為此次年會(huì)的媒體支持單位，整理了大會(huì)部分報(bào)告內(nèi)容，歡迎各位水業(yè)同仁賞閱。

實(shí)時(shí)在線水力模型的實(shí)踐與思考

侯英娜

廈門市政水務(wù)集團(tuán)有限公司

給排水副首席工程師

廈門是一個(gè)美麗的海濱城市，分為本島和島外，本島有2個(gè)區(qū)，島外有4個(gè)區(qū)。目前，廈門市90%的供水區(qū)域是由廈門水務(wù)集團(tuán)下屬的水廠提供。廈門市有12座水廠，目前供水能力是232.8萬噸/日。本島有2座水廠，其中一座是90萬噸/日的高殿水廠，這也是福建省最大的一個(gè)水廠；另外一個(gè)是5萬噸/日的連板水廠。水廠水源主要來自兩江四庫(kù)，兩江即九龍江和龍井西，四庫(kù)即常態(tài)仿羊水庫(kù)、石頭水庫(kù)、蓮花水庫(kù)和天溪水庫(kù)群。廈門是一個(gè)本地水源非常匱乏的城市，水源70%來自于外調(diào)水，即九龍江的水。目前用戶數(shù)量83萬余戶，DN100及以上的管網(wǎng)4600余公里，近五年的產(chǎn)銷差率控制在10%以內(nèi)。

一、項(xiàng)目背景

2016年的莫蘭蒂臺(tái)風(fēng)和2019年的“1212”事故，這兩次重大的事件都給廈門的供水服務(wù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在供水管網(wǎng)的全面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)計(jì)時(shí)預(yù)警、管網(wǎng)的應(yīng)急處置效率、安全保障等方面，都暴露了明顯的不足。所以進(jìn)一步提升對(duì)供水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)感知和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、節(jié)能低碳的高效運(yùn)行，對(duì)于廈門水務(wù)集團(tuán)而言勢(shì)在必行。實(shí)時(shí)在線水力模型是重要的技術(shù)手段之一。

廈門水務(wù)從2016年的莫蘭蒂臺(tái)風(fēng)開始啟動(dòng)建設(shè)離線模型，到2023年杜蘇瑞臺(tái)風(fēng)期間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線水力模型輔助應(yīng)急指揮，歷經(jīng)了七年的時(shí)間。整個(gè)歷程可以分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是2016年~2019年，該階段是離線模型建設(shè)和應(yīng)用階段，由我?guī)ьI(lǐng)廈門水務(wù)的工程師自主完成，在管網(wǎng)的評(píng)估供水規(guī)劃、管網(wǎng)壓力分區(qū)管理等方面提供了科學(xué)的決策支持。第二個(gè)階段是2020年~2023年，該階段是廈門水務(wù)實(shí)時(shí)在線水力模型的建設(shè)和應(yīng)用階段。比如：在坊中路一米四給水主干管停水遷改工程中造成廈門東部大范圍降壓，對(duì)供水過程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和應(yīng)急指揮；在“杜蘇芮”臺(tái)風(fēng)期間動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)感知等方面發(fā)揮了比較好的作用。廈門水務(wù)的模型包括了4500余公里的管道、223.2萬個(gè)節(jié)點(diǎn)、6.2萬個(gè)閥門、214個(gè)在線壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備、計(jì)算周期五分鐘、整個(gè)精度也是處于比較高的水平。

二、實(shí)踐與應(yīng)用

將搶修管理從線下搬到了線上

廈門水務(wù)的模型實(shí)現(xiàn)了多平臺(tái)一體化應(yīng)用，除了廈門水務(wù)傳統(tǒng)的CS架構(gòu)和近幾年流行的BS架構(gòu)，廈門水務(wù)將模型的應(yīng)用拓展到了移動(dòng)端。搶修人員可以在施工現(xiàn)場(chǎng)來模擬停水方案，精確分析影響范圍，直接用pad發(fā)送停水短信。不僅管網(wǎng)管理效率提高了，便利性也有明顯的提高。

供水壓力精益調(diào)控，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗

廈門本島地形西低東高，廈門水務(wù)利用模型對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出了優(yōu)化改造的方案。根據(jù)這個(gè)方案，2018年高殿水廠完成了出廠干管的改造，改造完成之后，本島實(shí)現(xiàn)了東西部壓力分區(qū)，使得西部的平均壓力較分區(qū)之前降低了6.7米。

此外，在實(shí)施分區(qū)之后，由于壓力降低，漏損率降低了1.69%，漏失水量降低了856萬噸，每年節(jié)約電費(fèi)103萬，效益非常顯著。

應(yīng)急治理精準(zhǔn)化，加壓供水用戶“無感”

2023年的3月29號(hào)到30號(hào)之間，廈門水務(wù)配合省級(jí)的一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目，即翔安大橋在坊中路和金尚路交叉口下穿隧道的工程建設(shè)——房中路一米四管道停水遷改。在施工過程當(dāng)中造成廈門東部大范圍降壓，大概時(shí)間10個(gè)小時(shí)，近40個(gè)社區(qū)15萬用戶可能會(huì)受到影響。因此在實(shí)施之前，廈門水務(wù)用模型對(duì)整個(gè)調(diào)度方案進(jìn)行了評(píng)估，包括停水時(shí)間、停水范圍、降壓范圍和管道的反向等進(jìn)行評(píng)估并提出了優(yōu)化方案。根據(jù)評(píng)估，廈門水務(wù)提前發(fā)送了停水和降壓通知。在實(shí)施期間，在線系統(tǒng)首次嘗試了啟動(dòng)壓力驅(qū)動(dòng)模型，解決了在降壓供水用水量受到影響的工況下，流量驅(qū)動(dòng)模型的計(jì)算結(jié)果偏離實(shí)際，可能造成負(fù)壓的情況。

壓力驅(qū)動(dòng)模型有兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：最低壓力和服務(wù)壓力。這兩個(gè)參數(shù)的設(shè)置要結(jié)合實(shí)際供水來設(shè)置。由于模型的精準(zhǔn)計(jì)算，廈門水務(wù)對(duì)全市的供水實(shí)現(xiàn)了全面統(tǒng)籌管理。調(diào)度人員根據(jù)不同區(qū)域的用水需求來動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度方案，合理調(diào)配了送水車輛和保障人員，將供水影響范圍降到最低。事后，廈門水務(wù)也進(jìn)行了評(píng)估，來找出我們?cè)诠芾懋?dāng)中的一些不足。從上述論述可以看出一個(gè)關(guān)鍵問題，即模型當(dāng)中閥門的狀態(tài)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)時(shí)上報(bào)更新。目前，也納入廈門水務(wù)的管理機(jī)制當(dāng)中。

管網(wǎng)事故即時(shí)預(yù)警，向應(yīng)急“搶時(shí)間”

2021年9月份某一天上午的9:40，廈門水務(wù)系統(tǒng)發(fā)出了島內(nèi)西南地區(qū)疑似爆管的報(bào)警。片區(qū)內(nèi)有大概13個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，監(jiān)測(cè)值較模擬值下降了十米左右。接下來廈門水務(wù)利用在線水力模型系統(tǒng)進(jìn)行了流量壓力的相關(guān)分析和下游的追蹤模擬分析。在報(bào)警之后，廈門水務(wù)迅速出動(dòng)，縮小了勘察范圍，最后確定在湖濱西路西側(cè)小學(xué)路500管發(fā)生了爆管。廈門水務(wù)利用調(diào)度仿真功能來調(diào)節(jié)爆管管線上游高殿水廠西區(qū)出廠壓力，分析降壓前后對(duì)用戶用水壓力的影響，將影響范圍降到最低。緊接著系統(tǒng)對(duì)關(guān)閥和停水區(qū)域做了分析，系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及閥門分布位置推薦出了關(guān)閉的閥門及順序，分析停水區(qū)域并發(fā)送了停水通知。整個(gè)處置過程大大縮短，同時(shí)也降低了漏失水量。

變被動(dòng)為主動(dòng)，提升公共服務(wù)信息響應(yīng)能力

從去年2月份開始，逐步在廈門各區(qū)推行用系統(tǒng)來發(fā)送停水短信。截止到目前，總共通過在線水力模型平臺(tái)發(fā)送計(jì)劃性停水短信172次，突發(fā)性停水短信62次，累計(jì)發(fā)送短信78000多條。通過系統(tǒng)的短信通知，我們明顯降低了工單訴求和96303接單數(shù)量。

模型建設(shè)及校核過程中模型的價(jià)值

模型的價(jià)值不僅在于它的應(yīng)用，在建設(shè)和校核過程中也有模型的價(jià)值。建模過程實(shí)際就是系統(tǒng)梳理的過程，包括數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)管理流程、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備維護(hù)機(jī)制等。校核的過程是供水管網(wǎng)系統(tǒng)的問題識(shí)別的過程，包括管線的連接關(guān)系、閥門操作問題、用戶位置問題等。

模型建設(shè)過程的價(jià)值：進(jìn)行系統(tǒng)梳理-GIS系統(tǒng)。在模型建設(shè)過程當(dāng)中，也對(duì)地理信息系統(tǒng)做了系統(tǒng)化的梳理，包括孤立的管線、孤立的節(jié)點(diǎn)、沒有連通的管線、重復(fù)管線、重復(fù)節(jié)點(diǎn)等，這都是廈門水務(wù)等供水企業(yè)共性的問題。

模型建設(shè)過程的價(jià)值：進(jìn)行系統(tǒng)梳理-SCADA系統(tǒng)。關(guān)于設(shè)備問題。這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)的話，有些不是調(diào)度關(guān)鍵控制點(diǎn)，可能就對(duì)這些點(diǎn)沒有特別關(guān)注。但模型對(duì)所有設(shè)備數(shù)據(jù)都要進(jìn)行分析來發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的原因，然后提出解決措施，建立長(zhǎng)效管理機(jī)制，轉(zhuǎn)變管理模式。

模型建設(shè)過程的價(jià)值：以蓮前西路DN800管為例。這邊是蓮坂水廠，另外一個(gè)是假日商城的壓力點(diǎn)，這兩個(gè)點(diǎn)距離一公里左右，但是從兩個(gè)點(diǎn)的壓力可以看到，壓降達(dá)到8m，一公里壓降1米是正常的，“8米”這個(gè)數(shù)是非常大的。如果按照壓降來反推的話，蓮坂水廠的出廠水量要達(dá)到14萬t/d。但實(shí)際上蓮坂水廠的供水規(guī)模只有15萬t/d。因此我們對(duì)沿線壓力進(jìn)行了測(cè)試，一直往西沿線測(cè)下去，我們發(fā)現(xiàn)在嘉禾路和蓮前西路交叉口位置，兩個(gè)消火栓100米的距離壓降達(dá)到了六米，推斷這個(gè)地方有非常大的局損，從管網(wǎng)管理人員那邊也確認(rèn)了這個(gè)位置有一個(gè)被掩埋的閥門可能沒有被全開。反過來我們也可以說蓮坂水廠的出廠壓力還有優(yōu)化的空間，可以進(jìn)一步節(jié)能降耗。

其他價(jià)值-培養(yǎng)人才

工程師要全程參與到項(xiàng)目當(dāng)中來，從前期的項(xiàng)目調(diào)研、測(cè)試，模型校核都要全程參與。另外，廈門水務(wù)對(duì)不同的應(yīng)用工程師進(jìn)行了多種方式、多種梯度的培訓(xùn)，通過考試的方式來保證廈門水務(wù)的培訓(xùn)質(zhì)量。

三、總結(jié)與思考

管網(wǎng)水力模型如何在供水企業(yè)生根發(fā)芽并茁壯成長(zhǎng)？

第一：領(lǐng)導(dǎo)重視，部門間通力協(xié)作。領(lǐng)導(dǎo)重視是組織上的保障，因?yàn)楣芫W(wǎng)模型的數(shù)據(jù)涉及面非常廣，分散在各個(gè)業(yè)務(wù)部門。管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)、大表系統(tǒng)、加壓泵站等數(shù)據(jù)在營(yíng)業(yè)所，營(yíng)業(yè)收費(fèi)系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)搭建、軟件硬件維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)安全等在信息資源部，SCADA系統(tǒng)在生產(chǎn)部，新竣工的管網(wǎng)竣工資料由規(guī)劃建設(shè)部提供，所以需要部門之間通力協(xié)作。廈門水務(wù)集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)非常重視，總工作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人親自協(xié)調(diào)，定期召開項(xiàng)目例會(huì)，所以廈門水務(wù)的項(xiàng)目得以順利實(shí)施。

第二：培養(yǎng)自己的模型工程師。從項(xiàng)目的前期調(diào)研，到項(xiàng)目實(shí)施，全程深度參與，逐步形成“模型思維”。這里的“深度參與”指一定要參與到模型的校核過程中，只有參與模型校核，才能清楚知道模型當(dāng)中各個(gè)數(shù)據(jù)、各個(gè)參數(shù)設(shè)置的意義，就能夠清楚掌握管網(wǎng)系統(tǒng)真實(shí)的運(yùn)行情況。

第三：明確應(yīng)用目標(biāo)。管網(wǎng)模型的應(yīng)用方面非常多，比如說可以做規(guī)劃方案，優(yōu)化調(diào)度方案，也可以進(jìn)行管網(wǎng)評(píng)估。這些應(yīng)用實(shí)際對(duì)于管網(wǎng)模型的精度要求不高，離線模型就可以做到，管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度平均在兩米以內(nèi)就可以。如果說做事件預(yù)警、漏失定位，就要建在線水力模型，對(duì)于水司的信息化水平也提高了一個(gè)層次。如果要做到水質(zhì)保障方面的應(yīng)用，對(duì)于模型的精度要求非常高，尤其是流量的精度，只有精度達(dá)到一定的水平，才能夠模擬結(jié)果，余氯、節(jié)點(diǎn)水平才能夠跟我們的實(shí)際運(yùn)行情況相吻合。因此，在實(shí)施管網(wǎng)模型項(xiàng)目之前，需要客觀評(píng)估信息化水平，才不會(huì)走極端。明確應(yīng)用目標(biāo)，才能夠讓模型發(fā)揮實(shí)效。

四、展望與發(fā)展

首先，模型要更好的服務(wù)于生產(chǎn)。要跟工單系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)接，將系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備評(píng)估監(jiān)測(cè)點(diǎn)的覆蓋率、評(píng)估模型、精度評(píng)估等信息關(guān)聯(lián)到專業(yè)對(duì)口的部門；其次，為優(yōu)質(zhì)引入水助力。從管網(wǎng)水質(zhì)的角度來優(yōu)化管網(wǎng)水質(zhì)管理，建立動(dòng)態(tài)評(píng)估機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)飲用水服務(wù)提供技術(shù)支撐。

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排版：《凈水技術(shù)》編輯 李濱妤

審核：《凈水技術(shù)》社長(zhǎng)/執(zhí)行主編 阮辰旼

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