第lO卷第1期 南水北调与水利科技 South-to-North Water Diversion and Water Science&Technology VoI.10 No.1 Feb.2012 2012年2月 doi:10.3724/SP.J.1201.2012.01011 北京市南水北调配套工程环线管网水力模型的建立 王焕全 ,赵树旗 ,薛伟 (1.北京工业大学建筑工程学院,北京100124;2.北京清流技术发展有限公司,北京100073) 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 网建立水力模型,掌握管网的实时运行状况。介绍了应用Info Works WS软件建立该工程环线输水管网模型的过 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网实时流量模拟。 关键词:北京市南水北调;Info Works WS;管网建模;校核标准;数据处理;输水管网 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 netiing South-to-North Water Diversion Project WANG Huan-quan ,ZHAO Shu-qi ,XUE W_ei。 (1-College of Architecture and Civil Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China; 2.Beijing ngliu Technology Development Company,Beijing 100073, ina) Abstract:In order to realize the optimal operation of the South-to-North Diversion Water and the local water in Bering,and to ensure the safety and stability of the water supply for Bering,a hydraulic model of the circle delivery pipe network for Beijing outSh-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 w0rds:Bering South-to-North Water Diversion Project;Info Works WS;network model;verification standards;data pro— cessing;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的环线输水管网、近远期规划的13座水厂(包括现有改 表1北京市南水北调工程供水水厂规模 Table 1 The scale table of water supply plants for the Beijing South-to-North Water Diversion Project [名签 第三水厂 田村水厂 城子水厂石景山水厂 第九水厂 第八水厂 郭公庄水厂 黄村水厂 首都心机场水厂 亦庄水厂 永乐水厂 通州水厂 第十水厂 Q Q生规攫 (夏!: 2远基规攫 f 15 51 8.6 1O 150 50 75 36 3O 35 1O 40 50 560.6 : : 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 m3/d,远景规模达到800 m3/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 kraz,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 配套工程管网的水力模型。 15 51 8.6 1O 170 5O 100 5O 4O 100 5O 6O 100 804.6 收稿日期:2011—11—29 修回日期:2011-12—26 网络出版时间:2012—02—24 阚络出版地址:http://www.cnki.net/kerns/detail/13.1334.Tv_20120224.1342.006.html 基金项目:北京工业大学博士科研启动基金资助项目(X0004018201 102) 作者简介:王焕全(198 ),男,山东青岛人,硕士研究生,主要从事水利工程信息化管理与系统优化方面的研究工作。E_mial:562277896@qq.con] 通讯作者:赵树 ̄(1963一),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.edu.err 王焕全等・北京市南水北调配套工程环线管网水力模型的建立 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,管网各部分运行正常,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。 表4黄村水厂需水量系数计算 TaMe 4 The water demand coefficients 0f the Huangcun water plant 时间 1 2 3 4 5 时流量/(L・s ) 1 314 1 320 1 532 1 753 1 972 需水量系数 0.6 0.6 0.7 0.8 0.9 时间 时流量/(L・s-1) 9 10 11 12 13 2 197 2 205 2 61O 2 705 2 689 需水量系数 1.0 1.0 1.2 1.2 1.2 时间 17 18 19 20 21 时流量/(L・s-1) 需水量系数 2 519 2 633 2 846 2 907 2 530 1.1 1.2 1.3 1.3 1.1 6 7 8 1 986 2 411 2 214 0.9 1.1 1.0 14 15 16 2 636 2 230 2 200 1.2 1.0 1.0 22 23 24 2 094 1 921 1 547 1.0 0.9 0.7 表5管网控制规则 Table 5 The control rules of the pipe network 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 SC )A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,8O%压力监测点水头的模拟值 与实测值之差在2 m以内,5O 压力监测点水头的模拟值与 表6设计流量和计算流量对比 Table 6 The comparison between designed and simulated low rates f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。 该工程环线输水管网模型。 应用该模型可以分析和预测在不同的管网运行边界条 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,例如新建的管网,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:管网拓扑结构、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 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,为管网系统的 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, 为以后的管网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。 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 建立输水管网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 参考文献(References): [1]北京市南水北调工程建设委员会办公室.北京市南水北调配套 (下转第17页) ■ 箍 E dg a83E| 幽al‰ ∞‰ Ⅻ‰ .13. 刘荣华等・电站枢纽综合出力系数计算及对调度过程模拟的影响 4结论 通过对三峡及葛洲坝枢纽近年来的出力数据进行分析 term Optimal Operation Model for the Cascade Hydroelectirc ’ta— tions on Qingjiang ivRerEJ].Journal of Zhejiang Water Conservancy nd Hydropower Caollege,2002,14(4):5-7.(in Chinese)) 后,得到了综合出力系数和水头之间的相关关系,进而通过对 比不同的出力系数取值方法对出力过程进行模拟并分析,可 以看出,水电站综合出力系数和水头具有较好的相关关系,通 过分段函数的方法可以得到精度较好的取值方法。应用分段 [5]李想,魏加华,司源,等.清江梯级水电站联合调度研究[A].梯 级水库群洪水资源调控与经济运行学术研讨会[C].2011.(LI Xiang,WEI Jia-hua,SI Yuan et a1.Research on Joint peratOion of Qingjiang Cascade Hydropower Stations[A].Symposium on Cascade Reservoir Flood Resources Control and Economic Op— 取值方法得到的相关关系应用于年总发电量及出力过程模 拟,从结果来看,计算精度比常用的单一系数法高,比关系表 法高,而计算时间则比关系表法快很多,说明综合出力公式较 单一系数法和关系表法更适用于中短期优化调度过程寻优。 本文研究的对象为三峡和葛洲坝水电枢纽,这两大枢纽 在电网调度体系中不属于日调节电站,不需要为适用电网要 频繁的对出流过程进行调节,所以得到了比较好的相关关 系,所以结果更适用于短期优化调度计算,对调解型枢纽的 eration,August[C].2011.(In Chinese)) [6]Fangfang.Li,Christine A Shoemaker,and Jiahua.wei.Bi—Lev— el Optimization Model for Daily Operation with Heterogeneous Hydropower Units in Multiple Reservoirs with Application to the Three Gorges-Gezhouba Cascade Power Stationsl,C].Bear- ing Knowledge for Sustainability Proceedigs nof the 201 1 World Environmental and Water Resources Congress. 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