地鐵場段管網監測系統水利模型的研究

吳正中

（中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，浙江 杭州 310004）

地鐵車輛段和停車場室外給水管網系統主要有低壓給水系統（利用市政壓力直供）、高壓給水系統、消火栓給水系統、自動噴水系統、綠地澆灑系統。各系統按照布置方式可分為枝狀管網和環狀管網。目前，杭州、南京等城市場段均出現過嚴重滲漏問題，造成極大的損失和浪費。室外給水爆管集設計選型、施工質量及運營管理等多方面問題。通過建立一套管網監測系統，利用遠傳壓力表和遠傳水表上傳的節點信息，及時計算分析出滲漏點及爆管點，可以實現運營管理自動化。經過管網監測系統長時間的數據積累和分析，可以為后期設計提供更準確的管網基礎數據，從而優化后續場段給排水管網設計。

1 生產生活給水管網（枝狀管網）算法

場段生產生活給水管網為枝狀管網，分高壓區和低壓區。低壓區主要是供2層及以下區域的供水，高壓區主要供應2層以上的樓層，均為枝狀管網。

壓降方程又稱為水頭損失方程，是管段水頭損失與其兩端節點水壓以及流量的關系式。水頭損失hij和流量qij的關系可以表示為:

式中，Hi、Hj為管段兩端節點i、j的水壓高程；Hij為管段兩端節點i、j的壓降；Sij為管段摩阻；Qij為管段流量（m3/s）；Αij為比阻；Lij為ij管段長度（m）；n為粗糙系數。

式中的n值對于不同管材、不同計算場景的取值不同；本系統通過實際測量值來確定相同管材、不同管徑、不同連接方式、不同安裝位置的管道粗糙系數n的取值。

1.1 壓降方程粗糙系數n值的確定

車輛段和停車場生活生產給水管網施工圖設計階段，在生活生產引入總管起端設置遠傳水表（Q0）和遠傳壓力表（P0），在管網末端設置遠傳壓力表（Pn），各單體入戶管位置設置遠傳水表（Q1、Q2、 、Qn）。

圖1 車輛段（停車場）枝狀管網監測系統圖

管道竣工后投入使用前，生活生產給水管網系統完好，確保系統不存在泄漏，通過放水試驗，來記錄不同單體在不同流量下起端、末端的壓力值；單體1放水試驗數據記錄，如表1。

表1 不同流量下的各節點壓力值

根據多組數據比較，計算得出不同工況下的粗糙系數n值，加權平均，得出生活生產給水管管段壓降方程中粗糙系數n的最終取值。

1.2 不同管段比阻的測定

1.2.1 管段0～1比阻測定

單體1放水，單體遠傳水表和干管遠傳水表記錄流量值相等，記為q1，節點0處遠傳壓力表讀數為P0，末端遠傳壓力表讀數為Pn，由公式(1）轉化：，計算得出第一個值。

1.2.2 管段1～2比阻測定

單體2放水，單體遠傳水表和干管遠傳水表記錄流量值相等，記為q2，節點0處遠傳壓力表讀數為P0，末端遠傳壓力表讀數為Pn；流量q2流經管段0～1壓降為：

根據上述方法推出：根據公式（2）可以計算出每段管段的比阻值。

1.3 枝狀管網監測系統模型建立

1.3.1 管網泄漏或者爆管報警

系統時刻在記錄著各單體的用水量和總水表的流量值，單體1、2、的流量記錄值分別為Q1、Q2、Q3、…Qn，總水表的流量值為Q0。

考慮管網存在滲漏，當⊿Q=Q0-(Q1+ Q2+ Q3+…+ Qn)＞（Q1+ Q2+ Q3+…+ Qn)×0.05時，表明生活生產給水管網存在較大泄漏或者爆管，系統發出警報。

1.3.2 管網泄漏點的判定

因為管網存在不確定位置的泄漏，導致管網存在的壓降為⊿H’。假設⊿Q發生在0～1管段中間某位置，若將⊿Q疊加在1節點，則必然存在

因為管道泄漏越往后，導致的壓降損失越大。若上式存在大于的關系，則⊿Q必然發生在節點1后面的管段。依次類推，將⊿Q疊加在之后的節點2、，直到上面的關系式存在小于的關系。

⊿Q發生在0～1管段時，

計算出l0x即找出泄漏點的準確位置，為距節點0的距離為l0x的位置。

2 結語

管網壓力和流量監控系統是一個管網計量和漏損的監控系統，即把車輛段室外供水管網劃分為多個監控分區，對每個分區進行流量和壓力監測，對管網系統的市政給水總量和各單體的用水量進行監控；同時，根據壓力及流量的變化對管網漏損進行分析判定。建立完善的壓力及流量監控系統后，可以在系統端了解和掌握實際供水量、實際需水量、系統漏水量等數據，從而提高運營管理水平和效率；時刻監測區域內管道的流量、壓力數據，為爆管泄漏的預警追蹤，水力模型的建立提供強大的數據支撐；通過分區計量還可研究壓力控制在漏損控制方面的作用和意義，并對高壓區進行適當的壓力調控，優化管網壓力分配，分時段合理調節管網運行壓力，減少管網系統爆管及大泄漏風險，從而整體提高地鐵智能化管理水平。