智慧水務(wù)城市供水科學(xué)管理模式探索[1]
——《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)模型建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》解讀

文/舒詩湖

智慧水務(wù)城市供水科學(xué)管理模式探索[1]
——《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)模型建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》解讀

文/舒詩湖

為進(jìn)一步提升城市供水管理水平，本文對DB31/T 800-2014《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)模型建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》上海市地方標(biāo)準(zhǔn)的制定和關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了解讀，并提出了修訂相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的建議。

供水管網(wǎng) 微觀模型 技術(shù)導(dǎo)則

從上世紀(jì)90年代以來，供水管網(wǎng)計(jì)算機(jī)模型建設(shè)與應(yīng)用已取得較大進(jìn)展，北京、上海、天津、深圳和廣州等大城市均建設(shè)了管網(wǎng)微觀模型，在供水規(guī)劃、狀態(tài)評估、運(yùn)行調(diào)度和水質(zhì)模擬方面得到初步應(yīng)用，在北京奧運(yùn)會、上海世博會和廣州亞運(yùn)會等大型盛會的供水安全保障中發(fā)揮了重要作用。但，由于管網(wǎng)模型建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)技術(shù)要求高、投資大以及缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等問題，在中小城市還未普及。

一、城市供水管網(wǎng)信息化發(fā)展現(xiàn)狀

隨著城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市政供水管網(wǎng)不斷擴(kuò)張。上海市“智慧城市”和上海市水務(wù)局“智慧水務(wù)”示范工程的推進(jìn)，對供水管網(wǎng)的信息化管理提出了更高的要求。2000年以后，中心城區(qū)原上水市北、上水市南、上水閔行和浦東威立雅及郊區(qū)上水奉賢公司陸續(xù)建設(shè)了供水管網(wǎng)水力模型，上海市供水調(diào)度監(jiān)測中心整合了中心城區(qū)四家水司的管網(wǎng)模型，形成了中心城區(qū)一張網(wǎng)的大管網(wǎng)模型，在供水規(guī)劃、調(diào)度、改擴(kuò)建和日常運(yùn)行維護(hù)中發(fā)揮了積極的作用。由于在前幾年國內(nèi)外都沒有供水管網(wǎng)微觀模型建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可依，建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 207-2013《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程（附條文說明）》中雖有一個章節(jié)提出了管網(wǎng)模型總體要求，但無法滿足城區(qū)和郊區(qū)不同規(guī)模，不同管理水平供水管網(wǎng)微觀模型運(yùn)行維護(hù)的需求。為提高城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)科學(xué)管理的水平，使之成為智慧城市智慧水務(wù)一道靚麗的風(fēng)景線，科學(xué)制訂、有效實(shí)施與上海國際化大都市協(xié)調(diào)發(fā)展相適應(yīng)、具有時代特征和上海特色的供水管網(wǎng)模型建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則是非常有必要的。為了使供水管網(wǎng)模擬技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用，提高城鎮(zhèn)供水信息化水平，提出制訂相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是非常必要、及時的。

二、標(biāo)準(zhǔn)研制

2013年2月起，由城市水資源開發(fā)利用（南方）國家工程研究中心、上海市供水管理處共同提出的，城市水資源開發(fā)利用（南方）國家工程研究中心、上海市供水管理處、同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、上海三高計(jì)算機(jī)中心股份有限公司等10家單位共同起草的DB31/T 800-2014《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)模型建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》上海市地方標(biāo)準(zhǔn)，歷經(jīng)一年多的反復(fù)研究討論、征詢意見、修改等程序，于2014年8月發(fā)布，2014年12月1日起實(shí)施。

DB31/T 800-2014基于GB 50788-2012《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范（附條文說明）》、CJJ 207-2013標(biāo)準(zhǔn)和對國內(nèi)主要水司管網(wǎng)模型建設(shè)運(yùn)行維護(hù)情況、國內(nèi)外管網(wǎng)模型技術(shù)資料的調(diào)研基礎(chǔ)上，規(guī)定了技術(shù)要求應(yīng)符合國家有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，并與現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)。同時，結(jié)合上海市供水管網(wǎng)模型的使用條件和建設(shè)國際大都市的要求，對城市供水管網(wǎng)模型的技術(shù)要求，提出了可量化的指標(biāo)。使標(biāo)準(zhǔn)具有前瞻性、指導(dǎo)性、科學(xué)性、實(shí)用性和可操作性，希望上海供水管網(wǎng)模型建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)能向高質(zhì)量、高水平方向發(fā)展。

三、標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵內(nèi)容解讀

1. 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

DB31/T 800-2014標(biāo)準(zhǔn)適用于城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)微觀模型建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)的供水單位，也適用于從事供水管觀模型建設(shè)和應(yīng)用的規(guī)劃設(shè)計(jì)單位、咨詢公司和政府監(jiān)管部門。供水單位是管網(wǎng)模型建設(shè)的主體，承擔(dān)模型建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)的主要任務(wù)；規(guī)劃設(shè)計(jì)單位一般只建立粗略的模型，進(jìn)行管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用，一般不需進(jìn)行模型校核和數(shù)據(jù)更新維護(hù)；咨詢公司一般幫助供水單位進(jìn)行管網(wǎng)模型建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)，或?yàn)楣┧畣挝惶峁┕芫W(wǎng)模型相關(guān)解決方案，本身并無建模的需求；相關(guān)政府監(jiān)管部門也有管網(wǎng)建模的需求，如上海市供水調(diào)度監(jiān)測中心，整合中心城區(qū)4家市屬自來水公司的管網(wǎng)模型，開展一網(wǎng)調(diào)度的模擬應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)不適用于管網(wǎng)宏觀模型和物理模型的建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)。

2. 總則

該標(biāo)準(zhǔn)除了對宏觀模型、微觀模型、水力模型、水質(zhì)模型、動態(tài)模型、靜態(tài)模型、模型校核等關(guān)鍵術(shù)語進(jìn)行了定義外，還對后續(xù)各章中對于管網(wǎng)建模的基礎(chǔ)條件、建模方案、一般步驟、數(shù)據(jù)安全和更新維護(hù)等進(jìn)行了總體規(guī)定。

供水管網(wǎng)信息化系統(tǒng)主要包括地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、營業(yè)收費(fèi)、客服熱線和模型系統(tǒng)等。其中，GIS、SCADA和營業(yè)收費(fèi)系統(tǒng)等是建立管網(wǎng)模型系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而收集、制作準(zhǔn)確的管道竣工圖文資料是建立管網(wǎng)GIS的基礎(chǔ)，供水單位應(yīng)做好建設(shè)規(guī)劃，明確建設(shè)順序。

供水單位還須建立管網(wǎng)模型更新維護(hù)工作機(jī)制，制定工作計(jì)劃，主動進(jìn)行數(shù)據(jù)更新維護(hù)和模型校核；制定管網(wǎng)模型更新維護(hù)計(jì)劃，主動對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，不要等到模型失效后才被動去更新維護(hù)；因數(shù)據(jù)更新維護(hù)涉及多個部門，須建立工作機(jī)制，明確職責(zé)與分工。

3. 模型分級

供水單位根據(jù)信息化基礎(chǔ)條件和應(yīng)用需求，應(yīng)遵循先易后難的原則，循序漸進(jìn)地建設(shè)管網(wǎng)模型；應(yīng)用層次主要包括規(guī)劃設(shè)計(jì)、狀態(tài)評估與運(yùn)行調(diào)度、水質(zhì)模擬等，不同簡化程度（最小管徑）的管網(wǎng)模型應(yīng)滿足不同層面的應(yīng)用需求。針對不同的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和應(yīng)用需求，建立不同簡化程度、不同精度等級的管網(wǎng)模型。有條件的可一步到位建設(shè)一個高精度的模型，可同時滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)、狀態(tài)評估、運(yùn)行調(diào)度和水質(zhì)模擬等應(yīng)用需求。

4. 水量分配

節(jié)點(diǎn)需水量分配應(yīng)符合實(shí)際，有計(jì)量的用戶用水量數(shù)據(jù)是水量分配的基礎(chǔ)。對于無計(jì)量的漏損等水量，可采用優(yōu)化程序，在一定取值范圍內(nèi)進(jìn)行自動分配。由于根據(jù)模擬結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)匹配情況，對全部用水量進(jìn)行自動分配方法是純數(shù)學(xué)上的優(yōu)化，脫離實(shí)際，會導(dǎo)致自動分配的用水量與實(shí)際用水量差別很大，模擬結(jié)果不可信。當(dāng)模型用于規(guī)劃設(shè)計(jì)時，可依靠建模軟件相關(guān)功能完成規(guī)劃，新建管網(wǎng)全部水量自動分配。當(dāng)模型用于供水管網(wǎng)狀態(tài)評估、運(yùn)行調(diào)度和水質(zhì)模擬時，不宜對全部用水量完全自動分配；對于依靠建模軟件功能完成的水量自動分配結(jié)果，應(yīng)根據(jù)營業(yè)收費(fèi)、流量壓力監(jiān)測等數(shù)據(jù)資料通過人工校核的方式檢驗(yàn)水量分配的合理性。

5. 模型校核

靜態(tài)管網(wǎng)水力模型精度要求應(yīng)滿足CJJ 207的相關(guān)規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)對管網(wǎng)模型精度要求如下：

管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)壓力模擬計(jì)算結(jié)果與壓力監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)誤差：90%壓力監(jiān)測點(diǎn)平均誤差應(yīng)小于20 kPa；管網(wǎng)管段流量模擬計(jì)算結(jié)果與管段流量監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)誤差：90%流量監(jiān)測點(diǎn)平均誤差應(yīng)小于10%。

不同用途動態(tài)模型的精度要求是不同的，針對管網(wǎng)狀態(tài)評估和運(yùn)行調(diào)度的管網(wǎng)模型，DB31/T 800-2014提高了對壓力計(jì)算精度的要求，適當(dāng)降低了管道流量計(jì)算精度的要求，而針對水質(zhì)模擬的管網(wǎng)模型，進(jìn)一步提高了壓力和流量的計(jì)算精度，并提出了水質(zhì)計(jì)算的精度要求。

四、建 議

新修訂的GB 50014-2014《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（附條文說明）（2014年版）》把排水管網(wǎng)模型寫入條文，提出應(yīng)采用數(shù)學(xué)模型法計(jì)算雨水設(shè)計(jì)流量，提倡較大匯水范圍運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬，此舉極大地推動了設(shè)計(jì)院采用排水管網(wǎng)模型進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)工作。為了推動供水管網(wǎng)模型的推廣應(yīng)用，建議修訂GB 50013-2006《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》，明確給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)采用模型進(jìn)行多工況多方案模擬，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，得出最終的供水方案。同時，建議排水管網(wǎng)模型建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)也專門制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以便更好地應(yīng)用GB 50014-2014中排水管網(wǎng)模型相關(guān)條文。

愿DB31/T 800-2014的發(fā)布對進(jìn)一步提高城鎮(zhèn)供水信息化和智能化水平，規(guī)范模型數(shù)據(jù)錄入、參數(shù)測定、精度評估、更新維護(hù)和模型應(yīng)用，為城市供水科學(xué)管理提供依據(jù)等方面起到推動作用。當(dāng)供水行業(yè)執(zhí)行本技術(shù)導(dǎo)則，將會有利于推動城市供水信息化的技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)指導(dǎo)和市場行為的規(guī)范。

[1] 舒詩湖,趙明,何文杰,等.供水管網(wǎng)水力、水質(zhì)模型校核標(biāo)準(zhǔn)探討[J].中國給水排水.2008,24(18)：104-106.

In order to further enhance the level of urban water management, the paper elaborates the preparation and key contents of Shanghai local standard DB31/ T 800-2014“Technical Guidelines for Model Construction of Urban Water Supply Network”, and proposes recommendations to revise the relevant national standard.

Water supply networks; Microscopic model; Technical guidelines

（作者單位：城市水資源開發(fā)利用（南方）國家工程研究中心）

注:[1]資助課題:上海市科委技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)專項(xiàng)課題（14DZ0503402）；國家水體污染控制與治理重大科技專項(xiàng)（2012ZX07403-002）；上海市科委技術(shù)帶頭人課題（15XD152100）。