上海純水設(shè)備解讀：國(guó)外鄉(xiāng)村配水管網(wǎng)減少漏損的綜合創(chuàng)新方法借鑒
【上海水處理設(shè)備網(wǎng)www.ppyswfy.cn】鄉(xiāng)村配水管網(wǎng)(WaterDistributNetworkWDN中的壓力控制可以減少漏損、延緩設(shè)施老化并（更）有效地進(jìn)行的更新工作。本文介紹了一種控制壓力以減少漏損的綜合方法，該方法結(jié)合了最新的分區(qū)計(jì)量（districtmeterareaDMA 優(yōu)化設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和減壓閥的優(yōu)化設(shè)置。DMA 設(shè)計(jì)戰(zhàn)略包括通過(guò)關(guān)閉區(qū)域邊境的一些閘閥來(lái)重新配置水流路徑的可能性，而外地或遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制驅(qū)動(dòng)的減壓閥的優(yōu)化設(shè)置則提高了減少漏損和最終解決方案的可靠性。該集成方法被應(yīng)用到WDNetXL平臺(tái)中，用于鄉(xiāng)村配水管網(wǎng)深入分析、規(guī)劃和管理，并在意大利南部鄉(xiāng)村的實(shí)物配水管網(wǎng)上進(jìn)行了示范應(yīng)用。綜上，本工作提出了一種創(chuàng)新方法，同時(shí)展示了該方法在水務(wù)公司的應(yīng)用，以支持從業(yè)人員在復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)環(huán)境下做出決策。
A bstract
01.引言
Introduct
根據(jù)技術(shù)文獻(xiàn)，歐洲大部分鄉(xiāng)村配水管網(wǎng)（WDN建于上個(gè)世紀(jì)，已經(jīng)超越了使用壽命。這種基礎(chǔ)設(shè)施老化最明顯的影響就是水量漏失，包括實(shí)際漏失水量和爆管漏水。爆管造成的漏損流量較大，但發(fā)現(xiàn)和修復(fù)時(shí)間較短；與此不同的實(shí)際漏失水量還包括背景漏損和未檢出的裂隙，因此對(duì)年度水平衡有重大影響[1]控制漏失水量還會(huì)對(duì)水資源分配系統(tǒng)發(fā)生積極影響，不只可以通過(guò)減少取水、水處置和抽水過(guò)程中的碳足跡來(lái)節(jié)約水資源，還可以提高系統(tǒng)的水流容量，延長(zhǎng)設(shè)施壽命[2]由于供水漏損是設(shè)施老化和壓力的共同影響，因此可以通過(guò)以下兩種主要戰(zhàn)略來(lái)減少漏失水量: 上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
i規(guī)劃有效的設(shè)施更新維修工程 和/或
ii實(shí)施最佳壓力管理 例[3]
實(shí)際上，盡管設(shè)施復(fù)原是一個(gè)旨在更新基礎(chǔ)設(shè)施的中長(zhǎng)期解決方案，但其成本通常高于壓力管理，歐洲許多地區(qū)，所需的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可用的預(yù)算。此外，已有的經(jīng)驗(yàn)標(biāo)明，更換管道之前，如果沒(méi)有對(duì)配水管網(wǎng)當(dāng)前和預(yù)期的水力條件進(jìn)行仔細(xì)分析，反而）很可能會(huì)增加滲漏。考慮到水頭損失降低和新管道漏損減少的綜合影響，下游管網(wǎng)壓力（和漏損）會(huì)升高。因此，壓力管理是將配水管網(wǎng)管理與更新計(jì)劃結(jié)合起來(lái)的第一步。除減少實(shí)際漏失水量外，據(jù)報(bào)道[4]壓力控制戰(zhàn)略還能降低爆管率。
當(dāng)壓力超越向用戶提供充分供水服務(wù)所需的值時(shí)（即服務(wù)壓力）通常會(huì)使用減壓閥進(jìn)行控制。過(guò)去的二十年中，許多研究都是基于外地壓力讀數(shù)（即緊鄰閥門(mén)下游）來(lái)研究減壓閥的最佳運(yùn)行戰(zhàn)略（如[5-7]而信息和通信技術(shù)則使得實(shí)施遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥成為可能。最近對(duì)外地減壓閥和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥進(jìn)行了比擬[1]結(jié)果標(biāo)明遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥除了控制穩(wěn)健性方面具有已知優(yōu)勢(shì)外，還提高了壓力控制和減少泄漏的效率。
為了實(shí)施有效漏損控制策略，國(guó)際文獻(xiàn)（如[3]建議通過(guò)分區(qū)計(jì)量（DMA 對(duì)配水管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。DMA 配水管網(wǎng)的子部分，通常設(shè)計(jì)用于水平衡分析，并可發(fā)現(xiàn)由于滲漏或未經(jīng)授權(quán)的用水而導(dǎo)致的異常情況。因此，基于DMA 壓力/流量監(jiān)測(cè)可以提供數(shù)據(jù)，預(yù)先定位新的滲漏點(diǎn)，加快檢測(cè)和維修活動(dòng)。此外，流量和壓力監(jiān)測(cè)對(duì)于校準(zhǔn)配水管網(wǎng)的水力模型以進(jìn)行分析并支持規(guī)劃和管理決策也非常重要。
DMA 設(shè)計(jì)主要遵循配水管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因?yàn)槠浠A(chǔ)是確定將每個(gè)DMA 與配水管網(wǎng)其他局部分開(kāi)的管道，并在這些管道上裝置流量計(jì)。以往的研究提出了多種優(yōu)化DMA 識(shí)別的方法，如：可靠性最大化（如[8-9]DMA 邊境處開(kāi)啟閥門(mén)數(shù)量最小化（如[10]甚至考慮彈性和最小壓力[11]最近，觀察到DMA 設(shè)計(jì)需要關(guān)閉閘閥以減少流量計(jì)的數(shù)量，提出了通過(guò)可實(shí)現(xiàn)的滲漏減少來(lái)驅(qū)動(dòng)DMA 設(shè)計(jì)的想法[12]事實(shí)上，通過(guò)關(guān)閉閥門(mén)改變?cè)兴髀窂娇蓽p少壓力和滲漏。Laucelli等人[13]提出了一種結(jié)構(gòu)化的DMA 設(shè)計(jì)方法，其基礎(chǔ)是
i將配水管網(wǎng)拓?fù)浼?xì)分為由不同分區(qū)節(jié)點(diǎn)分隔而成的DMA 分區(qū)；
ii通過(guò)確定分區(qū)節(jié)點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)DMA 并關(guān)閉分區(qū)節(jié)點(diǎn)處的閥門(mén)來(lái)最大限度地減少DMA 分區(qū)的真實(shí)漏失。
本文提出的解決方案是通過(guò)求解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題獲得的其中關(guān)閉閥門(mén)的位置是通過(guò)最大限度地減少（高貴的流量計(jì)裝置數(shù)量和漏失水量來(lái)確定的
本工作介紹了兩種主要壓力控制方法的整合，即運(yùn)行減壓閥和設(shè)計(jì)DMA 這種整合有兩個(gè)主要原因：一方面，許多配水管網(wǎng)已經(jīng)使用減壓閥實(shí)現(xiàn)了壓力控制，因此在設(shè)計(jì)DMA 時(shí)應(yīng)考慮到對(duì)管網(wǎng)中水流路徑的改變，以保證各處恰當(dāng)?shù)墓┧畨毫�。另一方面，兩種壓力控制戰(zhàn)略的整合有望提供更高效的管網(wǎng)運(yùn)行管理，并在異常情況下（如需水量變化）具有更強(qiáng)的魯棒性（robust
該策略已在位于意大利南部的幾個(gè)實(shí)際配水管網(wǎng)上得到驗(yàn)證，以支持一家咨詢公司（即IA .INGs.r.l.設(shè)計(jì)DMA 目的依照管理這些系統(tǒng)的水務(wù)公司的要求進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控和減少漏損。許多被分析的配水管網(wǎng)已經(jīng)采用了帶有外地控制的減壓閥，并顯示出相當(dāng)高的漏損率，甚至超越了總供水量的50%每天損失的水量超越50m3/km
該策略在WDNetXL系統(tǒng)中得以實(shí)施，用于對(duì)配水管網(wǎng)進(jìn)行深度分析、規(guī)劃和管理[14]因?yàn)樗呀?jīng)集成了可定制的優(yōu)化組件，更重要的作為支持壓力控制管理配水管網(wǎng)泄漏的關(guān)鍵要求，還集成了一致性和魯棒性的水力分析模塊。此外，Excel和GIS環(huán)境下的WDNetXL平臺(tái)上進(jìn)行這種高級(jí)分析，旨在為研究效果及時(shí)傳送給實(shí)踐者提供一個(gè)實(shí)用的例子。上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
壓力控制戰(zhàn)略
漏損控制
魯棒性
02.通過(guò)DMA 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)壓力管理
PressurmanagthroughDMA design
實(shí)際的配水管網(wǎng)管理環(huán)境中，DMA 設(shè)計(jì)主要遵循經(jīng)驗(yàn)方法，依靠對(duì)配水管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直觀分析和技術(shù)人員對(duì)特定系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。遺憾的這項(xiàng)工作很少得到配水管網(wǎng)水力（模型）分析的支持，包括與壓力相關(guān)的漏失模型，也沒(méi)有考慮到配水管網(wǎng)分區(qū)效果的可衡量指標(biāo)。此外，技術(shù)人員和決策者通常對(duì)實(shí)施"最優(yōu)"解決方案持懷疑態(tài)度，因?yàn)檫@些方案缺乏靈活性，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件和實(shí)際限制因素（如不切實(shí)際的儀表裝置方案、計(jì)量裝置的精度缺乏等）文獻(xiàn)[13]中提出的結(jié)構(gòu)化方法旨在克服這些局限性，使技術(shù)人員能夠在所有階段跟蹤和檢查DMA 設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)推動(dòng)和調(diào)整最終解決方案以滿足實(shí)際需要。
第一個(gè)設(shè)計(jì)階段需要進(jìn)行拓?fù)浞指�，將配水管網(wǎng)劃分為不同的虛擬分區(qū)。該階段解決了一個(gè)雙目標(biāo)優(yōu)化的問(wèn)題，目的找到最佳的折衷方案，即盡可能地減少分區(qū)節(jié)點(diǎn)，并獲得最大的基礎(chǔ)設(shè)施模塊化指數(shù)值[15-16]該指數(shù)來(lái)自于對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中模塊化指數(shù)的重新表述，以表征作為基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的配水管網(wǎng)的模塊化屬性。由拓?fù)浞指钏玫谋姸嘟鉀Q方案相為嵌套，這就意味著在分區(qū)數(shù)量較少的劃分方案中的分區(qū)節(jié)點(diǎn)也會(huì)在分區(qū)數(shù)量較多的劃分方案中。
第二階段是DMA 水力設(shè)計(jì)，確定拓?fù)浞侄畏桨钢袘?yīng)關(guān)閉閥門(mén)的分區(qū)節(jié)點(diǎn)，以重新配置水流路徑并降低分區(qū)內(nèi)的壓力。該階段包括一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化解決方案，目的最大限度地減少分區(qū)入口流量計(jì)的數(shù)量（即沒(méi)有關(guān)閉閥門(mén)的分區(qū)節(jié)點(diǎn)）和預(yù)期的真實(shí)漏失，同時(shí)確保有足夠的壓力來(lái)恰當(dāng)?shù)貪M足供水需求。
需要注意的這種DMA 設(shè)計(jì)戰(zhàn)略是對(duì)現(xiàn)有配水管網(wǎng)的一種重新設(shè)計(jì)。事實(shí)上，考慮到現(xiàn)有管道的限制條件、當(dāng)前的老化狀況和實(shí)際用水需求，可以盡可能地重新配置水流路徑。
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖源：住建部《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)分區(qū)計(jì)量管理工作指南》
網(wǎng)址：https://www.gov.cn/xinwen/2017-10/24/5233965/files/775202aa79cb4cbab71909d289551537.pdf
03.
整合減壓閥規(guī)劃和DMA 設(shè)計(jì)
IntegratPRVplanandDMA design
通過(guò)減壓閥進(jìn)行的壓力控制可采用傳統(tǒng)（外地）或遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制（remotreal-timcontrolRRTC戰(zhàn)略。外地控制包括調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，以堅(jiān)持設(shè)備下游所需的目標(biāo)壓力。這種戰(zhàn)略通常采用目標(biāo)壓力讀數(shù)集成在同一設(shè)備中的水力機(jī)械閥。由于外地減壓閥調(diào)節(jié)的受控區(qū)域上游的壓力，用戶用水需求隨時(shí)間的變化會(huì)導(dǎo)致通過(guò)配水管網(wǎng)的水頭損失發(fā)生變化，因此需要定義目標(biāo)壓力值的時(shí)間模式，以保證在需求高峰時(shí)有足夠的壓力條件，并避免在需求低谷時(shí)壓力過(guò)高。
減壓閥的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制包括根據(jù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)壓力調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，而關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)可能遠(yuǎn)離減壓閥。信息和通信技術(shù)解決方案可將關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的壓力讀數(shù)傳輸?shù)娇删幊踢壿嬁刂?/span>(PLC裝置，該裝置使用電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度。與外地減壓閥不同，RRTC戰(zhàn)略要求在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處確定一個(gè)在運(yùn)行周期內(nèi)不會(huì)改變的目標(biāo)壓力，因?yàn)樵搲毫νǔ＝咏┧璧膲毫Γɡ�，取決于當(dāng)?shù)睾０位蚪ㄖ锏母叨龋┮虼�，�?guī)劃RRTC控制戰(zhàn)略比外地控制戰(zhàn)略更加穩(wěn)健，因?yàn)橥獾乜刂茟?zhàn)略的閥門(mén)開(kāi)啟模式嚴(yán)格依賴(lài)于模擬過(guò)程中假設(shè)的需求情景。
結(jié)果標(biāo)明，要比較RRTC和外地減壓閥的壓力控制戰(zhàn)略來(lái)進(jìn)行滲漏管理，需要對(duì)配水管網(wǎng)進(jìn)行先進(jìn)的水力建模。盡管本研究中采用的并在WDNetXL系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的模型細(xì)節(jié)可在一些參考文獻(xiàn)中找到如[17][1]但仍值得提及一些關(guān)鍵的建模要求，以支持壓力控制規(guī)劃。
為了對(duì)可能出現(xiàn)的壓力缺乏情況進(jìn)行水力學(xué)上一致的分析，同時(shí)尋找最佳解決方案，必需對(duì)所有需水組成局部進(jìn)行壓力驅(qū)動(dòng)建模[18]
體積泄漏模型為沿管道分布的隨壓力變化的流出量。本文的分析采用Germanopoulo模型[19]其中第i個(gè)管道的泄漏流量計(jì)算公式為qi=βiPiαi第i個(gè)管道的平均壓力為Piαi和βi參數(shù)取決于管道的劣化水平和材料。
遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥的高級(jí)水力模型，出于規(guī)劃目的假定臨界節(jié)點(diǎn)的壓力瞬間達(dá)到即不預(yù)先定義局部控制的時(shí)間模式）
上述DMA 設(shè)計(jì)戰(zhàn)略對(duì)水流路徑進(jìn)行了重新配置，導(dǎo)致管網(wǎng)內(nèi)水頭損失發(fā)生變化，從而局部改變了原始配置的壓力。減壓閥通過(guò)調(diào)節(jié)受控區(qū)域上游的水頭（即能量）對(duì)壓力進(jìn)行全局控制，旨在最大限度地減少壓力過(guò)剩，同時(shí)與恰當(dāng)供水的最低壓力相匹配。
可以認(rèn)為，通過(guò)減壓閥進(jìn)行全面減壓意味著減少管網(wǎng)中可用的水頭（能量）從而減少了通過(guò)重新配置水流路徑進(jìn)行減壓的空間。這種情況反過(guò)來(lái)又會(huì)減少關(guān)閉閘閥的數(shù)量，并在DMA 邊境的分區(qū)節(jié)點(diǎn)上安裝更多的流量計(jì)。反之亦然，打開(kāi)減壓閥后，關(guān)閉閘閥的機(jī)會(huì)更多，水流流量也會(huì)隨之改變，水頭損失也會(huì)隨之增加。后一種情況下，流量計(jì)的數(shù)量會(huì)減少，裝置和維護(hù)本錢(qián)會(huì)降低，水量平衡也會(huì)更可靠。
由于配水管網(wǎng)中的水路存在冗余，因此并不存在唯一的最佳解決方案，而是存在許多替代方案，減壓閥和DMA 配置的共同作用下，最大限度地減少流量計(jì)的數(shù)量和實(shí)際漏失水量。
整合減壓閥規(guī)劃和DMA 設(shè)計(jì)的順序遵循兩個(gè)主要步驟。
1確定減壓閥控制變量，即RRTC戰(zhàn)略中臨界節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)壓力或局部控制戰(zhàn)略中時(shí)間模式目標(biāo)壓力的多個(gè)值。實(shí)際上，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥代表臨界節(jié)點(diǎn)的期望壓力條件，也應(yīng)通過(guò)局部控制來(lái)滿足。因此，確定遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥臨界節(jié)點(diǎn)處的唯一目標(biāo)壓力將為局部控制提供目標(biāo)壓力的時(shí)間模式。如前所述，水力模型WDNetXL可以對(duì)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥進(jìn)行仿真。上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
2通過(guò)求解與水力DMA 設(shè)計(jì)相同的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題（見(jiàn)第4節(jié)）來(lái)搜索最佳壓力控制解決方案，并將第一步中確定的減壓閥控制目標(biāo)值作為附加決策變量。
04.案例研究
CaseStudi
該綜合戰(zhàn)略用于支持DMA 優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在減少實(shí)際鄉(xiāng)村配水管網(wǎng)中泄漏的同時(shí)優(yōu)化流量和壓力監(jiān)測(cè)。該配水管網(wǎng)為約12,000名居民提供服務(wù)，分區(qū)順序是基于WDNetXL平臺(tái)中配水管網(wǎng)水文模型初步劃分方案實(shí)施的圖1
該模型包括987個(gè)節(jié)點(diǎn)和1,105根管道，管道長(zhǎng)度約為38千米。最初的配水管網(wǎng)配置已包括一個(gè)外地減壓閥，其壓力設(shè)置見(jiàn)圖2實(shí)際上，該閥門(mén)只調(diào)節(jié)了這個(gè)配水管網(wǎng)的一條供水管道，而一個(gè)半關(guān)的閘閥則調(diào)節(jié)了另一條供水管道（圖1中的黑色方形）壓力。根據(jù)年度水量平衡估算，這個(gè)分區(qū)的真實(shí)漏失水量約占58%即每天59立方米/千米左右。
實(shí)施DMA 優(yōu)化設(shè)計(jì)綜合順序之前，通過(guò)關(guān)閉第二條既有進(jìn)水管線，重新配置了既有進(jìn)水方案，以便通過(guò)減壓閥控制壓力。
假設(shè)可以裝置一個(gè)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥，控制節(jié)點(diǎn)的設(shè)置如圖3中"Pset"所示。根據(jù)當(dāng)?shù)毓┧⻊?wù)規(guī)則以及私人蓄水池的存在向用戶保證的最低壓力設(shè)定為6米水頭（mofwatercolumnmWC
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖 1.配水管網(wǎng)布局和饋水管線細(xì)節(jié)
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖 2.外地減壓閥的初始?jí)毫υO(shè)置
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖 3.新的饋水配置和控制遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置
第一階段確定了25個(gè)拓?fù)浞指罘桨�，每個(gè)模塊最多有56個(gè)分區(qū)節(jié)點(diǎn)，分隔25個(gè)分段。圖4顯示了拓?fù)浞侄畏桨�，最大分段�?shù)是第二階段搜索最佳水力DMA 設(shè)計(jì)時(shí)假定的同時(shí)優(yōu)化了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的壓力設(shè)置。
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖 4管網(wǎng)拓?fù)浞指?
如表1所示，第二階段提出了六種解決方案，包括不同的滲漏減少量（占原滲漏量的百分比）和線性水量損失。
表 1.用于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥的DMA 設(shè)計(jì)方案
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
每個(gè)分區(qū)方案都確定了一組在分區(qū)節(jié)點(diǎn)處裝置分割閥們和壓力表的戰(zhàn)略。事實(shí)上，所有解決方案中流量計(jì)和關(guān)閉閥門(mén)的總數(shù)均為56個(gè)。進(jìn)一步，每個(gè)解決方案都給出了各遠(yuǎn)控減壓閥的最佳壓力設(shè)定值。值得注意的不同的解決方案代表了裝置流量計(jì)數(shù)量和降低真實(shí)漏失之間的不同權(quán)衡。例如，解決方案1顯示了流量計(jì)的最少數(shù)量，盡管它并沒(méi)有減少原始泄漏量。上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備但該方案中，遠(yuǎn)控減壓閥的入口壓力設(shè)定值是所有方案中最大的
第2至第6個(gè)解決方案包括更多的流量計(jì)和更少的閘閥，盡管它位于不同的分區(qū)節(jié)點(diǎn)處。不同入口流量的重新配置會(huì)導(dǎo)致不同的過(guò)水路由變更方案，從而導(dǎo)致不同的局部壓力供給。事實(shí)上，盡管解決方案3至6中遠(yuǎn)控減壓閥的入口壓力設(shè)定值相同，但配水管網(wǎng)中泄漏降幅在繼續(xù)增加。
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖 5.DMA 設(shè)計(jì)方案1
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖 6.DMA 設(shè)計(jì)方案2
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖 7.DMA 設(shè)計(jì)方案3
供水管網(wǎng)可持續(xù)管理的綜合壓力控制戰(zhàn)略
圖8.DMA 設(shè)計(jì)方案4
圖5至圖10顯示了表1中六種解決方案的DMA 配置，以青色正方形顯示了分隔DMA 流量計(jì)位置。為清晰起見(jiàn)，該圖只顯示了可能裝置在流量計(jì)同一檢修井中的壓力計(jì)。
值得注意的不同的漏損下降率也與平均管道壓力有關(guān)。詳細(xì)而言，表1顯示，解決方案1和2漏損下降率最低，但平均管道壓力最高（超越16米水頭）反之亦然，從方案3方案6平均壓力沒(méi)有變化，這與這些方案的漏損下降率相似是一致的
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圖9.DMA 設(shè)計(jì)方案5
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圖10.DMA 設(shè)計(jì)方案6
表1中的數(shù)據(jù)分析與圖5至圖10中各方案的DMA 布局相結(jié)合，為技術(shù)人員選擇執(zhí)行設(shè)計(jì)中最有效的配置提供了決策支持。更詳細(xì)地說(shuō)，方案3一種水力DMA 配置，能以最少的流量計(jì)（27個(gè)）減少最多的泄漏。事實(shí)上，方案4至6中流量計(jì)數(shù)量的增加并不能從技術(shù)上減少實(shí)際漏失水量。
圖11顯示了方案3中關(guān)閉閘閥的位置，這決定了水網(wǎng)中水流路徑的重新配置。圖12至圖16出現(xiàn)了DMA 設(shè)計(jì)方案3下的水力模擬結(jié)果。 上海純水設(shè)備
圖13顯示了典型的日常運(yùn)行周期中，每小時(shí)輸送給客戶的水量以及實(shí)際漏失的水量。值得注意的通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥進(jìn)行壓力控制的情況下，與壓力相關(guān)的漏損量在一天中會(huì)發(fā)生變化，這是由修改后水流路徑的水頭損失造成的
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圖 11.DMA 設(shè)計(jì)方案3中關(guān)閉的閘閥
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圖 12.DMA 方案3中的節(jié)點(diǎn)壓力
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圖 13.DMA 設(shè)計(jì)方案3中的客戶需求量（青色）和實(shí)際漏失水量（藍(lán)色）
圖14還顯示了每條管道的預(yù)期延長(zhǎng)漏損，單位為立方米/公里·天。最高值（深藍(lán)色）主要位于老城中心，這是由于管徑小而假定較高的老化參數(shù)，而郊區(qū)則表示出較高的壓力。這些信息為今后更換管道提供了可靠的參考，但還需要進(jìn)行細(xì)致的水力分析。
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圖 14.DMA 設(shè)計(jì)方案3中的延長(zhǎng)泄漏
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圖 15.DMA 設(shè)計(jì)方案3中遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥控制節(jié)點(diǎn)的壓力
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圖 16.DMA 設(shè)計(jì)方案 3中外地減壓閥控制節(jié)點(diǎn)目標(biāo)壓力的時(shí)間規(guī)律
如圖15顯示，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥可使控制節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)壓力堅(jiān)持恒定。實(shí)際上，如果無(wú)法裝置遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制減壓閥，同樣的模擬也可提供外地減壓閥控制（即圖1中原始配置的同一控制節(jié)點(diǎn)）目標(biāo)壓力時(shí)間模式；如圖16所示，其趨勢(shì)反映了客戶的需求。 上海純水設(shè)備
4.1.DMA 適應(yīng)性選擇
4.1.AdaptablselectofDMA
如上所述，DMA 設(shè)計(jì)方案3確定了應(yīng)關(guān)閉的閘閥，以盡量減少實(shí)際漏失水量。然而，實(shí)際環(huán)境中，流量計(jì)的裝置位置應(yīng)與預(yù)算限制或?qū)嶋H裝置可行性等因素相匹配。通過(guò)拓?fù)淦蔚那短�，可以取消一些流量�?jì)，從而合并連續(xù)的DMA
如文獻(xiàn)[20]所述，所采用的DMA 設(shè)計(jì)戰(zhàn)略允許根據(jù)專(zhuān)家判斷、分段嵌套或有效計(jì)量來(lái)執(zhí)行某些規(guī)范，以減少流量計(jì)。為完整起見(jiàn)，圖17舉例說(shuō)明了如何將流量計(jì)從27個(gè)（方案3減少到9個(gè)。結(jié)果形成7個(gè)用于水平衡的DMA 圖中還顯示了61個(gè)壓力表的位置，包括位于DMA 邊境（關(guān)閉閘閥兩側(cè)）原27個(gè)流量計(jì)的閥門(mén)井內(nèi)以及由技術(shù)人員決定的DMA 中心位置的壓力表。
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圖 17.根據(jù)解決方案 3選擇的DMA 示例
05.結(jié)論
Conclus
配水管網(wǎng)的壓力控制對(duì)于控制和減少水損失至關(guān)重要，甚至在規(guī)劃設(shè)施更新之前。監(jiān)測(cè)流量和壓力也是支持這類(lèi)鄉(xiāng)村基礎(chǔ)設(shè)施的管理、運(yùn)行和規(guī)劃活動(dòng)的一項(xiàng)重要任務(wù)。本工作提出了一種壓力控制戰(zhàn)略，將創(chuàng)新的DMA 設(shè)計(jì)方法與減壓閥(PRV同步優(yōu)化相結(jié)合。提供了關(guān)閉閘閥和設(shè)置流量計(jì)的最佳位置，以分隔DMA 同時(shí)還能為減壓閥設(shè)定目標(biāo)值，兼顧RRTC和本地控制。實(shí)際上，關(guān)閉閥通過(guò)重新配置水流路徑實(shí)現(xiàn)了局部壓力控制，而位于控制區(qū)域上游的減壓閥實(shí)現(xiàn)了全局壓力控制。
值得注意的配水管網(wǎng)上游設(shè)計(jì)和設(shè)置減壓閥除了能減少滲漏，還能提高DMA 設(shè)計(jì)方案的可靠性，以應(yīng)對(duì)DMA 實(shí)施后可能出現(xiàn)的水力條件變化。
實(shí)際配水系統(tǒng)上的演示證明了該策略的有效性和適應(yīng)性，能適應(yīng)通常會(huì)阻礙實(shí)施"優(yōu)化"區(qū)域設(shè)計(jì)的實(shí)際限制因素。
該戰(zhàn)略作為一個(gè)整體在WDNetXL平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，GIS和Excel環(huán)境下工作。
數(shù)據(jù)和圖片來(lái)自WDNetXL本次推送中的局部照片為譯者添加，非原文配圖）由IDEA -RTs.r.l提供(www.idea-rt.com工作部分由“2007-2013年發(fā)展和凝聚力基金-A PQ研究普利亞地區(qū)”區(qū)域計(jì)劃“未來(lái)研究”資助。 上海純水設(shè)備
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