鄭蓓蓓，劉培青，蔣白懿

（1．沈陽建筑大學市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168；2．天津三博水科技有限公司，天津 300041）

1 前言

供水管網(wǎng)系統(tǒng)是保證城市安全運行和人民正常生活的基礎設施，也成為了城市現(xiàn)代化的標志［1］。目前，我國大多城市供水企業(yè)的供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)管理滯后，使得系統(tǒng)較多處于“數(shù)字孤島”狀態(tài)，常以個人經(jīng)驗指導日常生產(chǎn)管理。為使供水管網(wǎng)系統(tǒng)更好地向著供水企業(yè)期望的方向運行，提高供水的安全可靠性，就需要建立供水管網(wǎng)水力模型，而完善的管網(wǎng)模型拓撲結構則是模型建立的基礎。本文以企業(yè)供水調(diào)度決策科學化為目的，建立H市供水管網(wǎng)水力模型拓撲結構，對管網(wǎng)管理現(xiàn)狀提出合理建議。

2 城市供水概況

H市為縣級市，中等規(guī)模城市，約有人口64萬。該市供水管網(wǎng)以環(huán)狀和支狀結合呈現(xiàn)，市區(qū)以環(huán)狀管網(wǎng)為主，郊區(qū)為支狀管網(wǎng)。管段總長約1417km。DN100及以上約1010km，DN300及以上約426km。管徑從15mm至1400mm不等，管材主要有球墨鑄鐵、鑄鐵、砼、PE等。管網(wǎng)中水表等級分為一級、二級、三級和組級表。目前有水廠甲和水廠乙兩座，加壓泵站三個，均處于停用狀態(tài)。

應供水企業(yè)要求，對水廠乙供水區(qū)域的管網(wǎng)系統(tǒng)進行水力建模。該水廠設計產(chǎn)水量19萬m3/d，實際供水量15.87萬m3/d，包括A，B，C，D，E，F(xiàn)，G7個營業(yè)所的供水區(qū)域，有著較完善的供水調(diào)度系統(tǒng)。

3 管網(wǎng)水力模型拓撲結構的建立

建立和完善管網(wǎng)水力模型拓撲結構是建模的首要步驟，也是建模的基礎［6］。而拓撲結構的準確性和附件屬性的完善性直接影響到模型的精度及后續(xù)管網(wǎng)水力模擬校核效果。根據(jù)H市現(xiàn)有不同類型管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)——GIS數(shù)據(jù)、Auto CAD文件及Google地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字化軟件和人工錄入等手段將這些數(shù)據(jù)信息錄入到模型中生成初始模型拓撲結構。

3.1 利用GIS數(shù)據(jù)

GIS系統(tǒng)具有圖檔管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢、數(shù)據(jù)輸出等功能?？梢愿鶕?jù)各種要求，利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊輸出屬性信息或者空間信息，實現(xiàn)與建模軟件數(shù)據(jù)格式的互通以及輸出各種常用數(shù)據(jù)格式［4］。

H市管網(wǎng)建模工程采用了GIS系統(tǒng)的SHP文件數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，從中提取相應節(jié)點、管道、消火栓和閥門等信息和屬性，通過模型軟件的數(shù)據(jù)導入接口導入建模軟件中，生成初步的管網(wǎng)模型拓撲結構。需要導入的GIS數(shù)據(jù)如表1。

表1 導入模型中對應GIS字段

利用GIS數(shù)據(jù)導入模型后對模型中的管道和節(jié)點進行統(tǒng)計，分別有16250根和17105個。水力模型基于GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)了GIS管理平臺與模型間數(shù)據(jù)的共享和數(shù)據(jù)整合。

3.2 利用CAD數(shù)據(jù)

模型中缺失B營業(yè)所部分主干管數(shù)據(jù)，其提供的數(shù)據(jù)形式為CAD。將CAD管網(wǎng)文件利用數(shù)字化軟件轉(zhuǎn)換成DXF文件導入模型中作為背景圖后，建模人員根據(jù)背景圖補全缺失管網(wǎng)。另外還需要人工手動輸入各字段的相應屬性，主要有管道的管長、管徑、管材、所屬營業(yè)所、鋪設年代，節(jié)點的埋深、高程。

3.3 利用Google地理信息數(shù)據(jù)

E營業(yè)所管網(wǎng)系統(tǒng)主要以Google地理信息平臺管理，該形式的管網(wǎng)數(shù)據(jù)無法直接導入模型中被利用，因此建模人員需結合Google地理信息管網(wǎng)圖和已建立的拓撲結構模型，將該部分數(shù)據(jù)信息在模型中補全。

4 模型拓撲結構的修正

由于H市供水企業(yè)的GIS系統(tǒng)更新不及時，導致模型生成后出現(xiàn)管網(wǎng)拓撲結構連通性不完整，管道未連接，附件屬性不齊全的情況。同時還存在管道改造后屬性未更新及大量廢棄管道的問題。為提高后續(xù)模型校核精度，縮短校核時間，需對生成的初始模型拓撲結構進行人工的修正［5-6］。

（1）管道信息更新滯后。實際管網(wǎng)中已廢除或新鋪設的管道信息并未錄入到GIS系統(tǒng)中；某些管道屬性如管材、管徑等信息的改變也未在GIS中體現(xiàn)。建模人員需收集相應信息并錄入模型，添加要素屬性，刪除廢棄管道。

圖1、圖2分別為C營業(yè)所修正前和修正后的部分管網(wǎng)拓撲結構。通過對比，可以清晰看到修正前管網(wǎng)中部分管道處于孤立狀態(tài)和某些管道的缺失。而修正后的管網(wǎng)有較好的連通性和完整性。

圖1 修正前拓撲結構

圖2 修正后拓撲結構

（2）管道連貫性出錯。對模型中管道和節(jié)點進行連通性排查，出現(xiàn)部分管道上下節(jié)點未連接和孤立節(jié)點的錯誤。對這類問題解決方式是基于實際管網(wǎng)的鋪設，并利用軟件中相應功能將該部分錯誤更正，以保證管網(wǎng)的連貫性。

通過軟件中排查工具排查未連接管道，發(fā)現(xiàn)有3021根孤立管道。其中節(jié)點P_Connect-2244及下游管道L_FlowPipe-6724與上游管道L_FlowPipe-6702呈斷開狀態(tài)，如圖3。經(jīng)過修正，使得節(jié)點與管道L_FlowPipe-6702保持連通，保證了上、下游管道的連貫性。如圖4。

圖3 管道6724與6702斷開狀態(tài)

圖4 管道6724與6702連通狀態(tài)

閥門作用及開關不明確。該市管網(wǎng)中閥門按其作用分為三類，分別有應急、切換水源和控制流量。在對模型中閥門的作用及開啟情況進行調(diào)查和詢問工作人員，發(fā)現(xiàn)存在作用分類不明確、開啟或關閉狀況與實際不符等情況。與營業(yè)所工作人員核實信息后，在模型中更進這部分閥門信息并做好記錄。

更進后的閥門現(xiàn)狀，按開啟度分為：14個關閉，16個全開，18個半開；按作用分為：7個應急，3個切換水源，38個控制流量。

5 結語

利用不同形式的管網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，通過一定的方式將其錄入水力模型中完成H市管網(wǎng)水力模型拓撲結構的建立，并對拓撲結構進行修正使其更加完善。鑒于此次管網(wǎng)模型拓撲結構的建立，為使模型更好運用于長期實踐需要對其進行維護，給出以下建議：

（1）建模過程中各營業(yè)所提供的數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)水平不一，應使用統(tǒng)一的管網(wǎng)信息管理平臺，如GIS系統(tǒng)，方便后期模型的管理和更新維護工作。

（2）導入模型中的GIS數(shù)據(jù)信息滯后，可以設立專門的管網(wǎng)信息管理部門，做好GIS數(shù)據(jù)信息及時更新和維護工作。

（3）管網(wǎng)中水表和閥門的名稱、地理位置、屬性的更改應做好相應記錄，統(tǒng)一各營業(yè)所和水司一體化平臺中水表信息，方便日后查詢。

（4）成立水力模型實時更新和維護部門，使模型時刻保持新鮮力和活力。

［1］謝秋向.城市給水管網(wǎng)優(yōu)化運行模型的探討［J］.黑龍江科技信息，2012，11：20.

［2］段煥豐.城市供水系統(tǒng)動態(tài)建模技術研究［D］.上海：同濟大學，2006.

［3］魯旭.給水管網(wǎng)動態(tài)水力建模數(shù)據(jù)分析與管理［D］.上海：同濟大學，2006.

［4］壽利冰.GIS系統(tǒng)在給水管網(wǎng)數(shù)據(jù)資料采集中的重要性［J］.科技創(chuàng)新導報，2011，3：98.

［5］陳明吉，鄧濤，耿為民，等.上海市自來水市北公司供水管網(wǎng)信息化建設與展望［J］.給水排水，2008，9：117-121.

［6］張璽楊，張蕊，施銀煥.大型供水企業(yè)管網(wǎng)水力模型建立和校核過程研究［J］.城鎮(zhèn)供水，2013，5：71-79.