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浅析给水管网动态水力建模数据及其管理
中国水工业网|时间:2018-12-27 14:52     编辑:张洋

  摘要:给水管网在城市生产及生活中发挥着十分重要的作用,所以,保证其正常运行便显得尤为必要了。本文将基于给水管网动态水力建模数据及其管理展开相应的分析,以期促进城市给水管网运行质量的提高,为同行提供一些有益的参考。


  1给水管网动态模拟概述


  针对给水管网运行特点,建立相应的动态水力模型,不仅能够实现优化控制的目的,同时还能够起到科学管理的效果。在模型中,其水流需要能够有效反映现实管网中水流所具有的流动状态,换而言之,该动态模型需要能够有效反映现实管网中的一系列动态参数。


  合理的给水管网动态模型具有以下作用:对管网漏损进行有效的辅助预测;对事故状态下的运行进行有效模拟,从而便于故障解决措施的制定和实施;对以爆管为代表的一系列异常状况进行预见性分析,为调度及维修人员提供有益参考;为水系统运行的后续优化工作奠定基础;方便水质模型的构建,在水质分析过程中发挥辅助作用。


  2给水管网动态水力建模数据分析


  2.1动态水力建模数据类型及来源


  管网属性数据:对于给水管网而言,其属性数据通常指的是测量值及实际调查获得数据,该类数据大多情况下借助GIS系统便能够准确获得。


  管网运行监测数据:该类数据主要包括两个部分,一种是在线监测的压力数据,另一种是在线监测的流量数据。在建立水力模型的过程中,通常应用SCADA系统以实现对管网的延时模拟,也可以截取代表性较为突出的某几天数据进行模型校验处理。


  实测数据:在具体建模环节,需进行实测的数据主要包括三大部分,一是对管网属性中那一类不确定信息进行准确地现场测定,二是对水泵曲线(尤其是工作年限较长的)进行现场实测,三是对用户的用水量曲线进行现场测定。


  派生数据:所谓派生数据指的是,在分析数据过程中形成的一类新数据,虽然不是建模的必要组成部分,但有助于对既有数据中所包含的隐形信息进行一定程度的挖掘。如可利用数据挖掘功能对爆管进行分析,从而提高管网的安全系数。


  2.2动态水力建模数据质量分析


  2.2.1数据质量评价准则


  在建模过程中,应对相关数据质量进行有效分析和控制。所谓数据质量(英文简称DQI)指的是,参与动态建模的诸多数据能够满足建模实际需求的特征。


  在获悉数据质量的情况下,才能对建模的可行性等进行准确预判断。对于动态建模数据而言,其质量水平集中体现在如下各点:准确度、精度、不确定性、包容性、一致性、完整性、易使用性、可得性、现势性等。


  2.2.2数据质量评价方法——以模糊综合评价法为例


  采用模糊综合评价法的过程中,涉及以下评价指标:


  1)拓扑属性,如节点坐标位置精度等;


  2)节点流量,如用水数据精度等;


  3)泵站相关数据,如水泵曲线符合实际的程度;


  4)监测数据,如监测点分布密度;


  5)其它辅助信息,如地面标高等反应真实的程度。


  对上述指标进行评价时,划分优良中差四个不同等级:优指的是数据质量相当优异,能够为建模工作提供理想的数据支持;良指的是数据质量稍次;中指的是能够基本满足建模需要;差指的是数据质量极不理想,无法支持建模工作。


  2.3数据处理


  当筛选出适宜的管网建模数据之后,接下来便需对其展开相应标准化处理,即对原始形式下的数据进行处理,使其转化成标准的且能够参与实际建模的形式。


  管网建模过程中,涉及的关键数据需求及其处理如下:


  1)建立健全管网拓扑结构,并准确输入有关属性信息——管网拓扑结构、管段以及节点属性、标高数据等。


  2)对节点流量进行科学分配——用户用水量数据以及用水曲线。


  3)构建有效的泵站模型,并加以校核——水泵曲线以及泵站运行记录。


  4)展开相应的模拟计算以及校核——监测点数据记录等。


  动态水力模型数据综合管理


  3.1模型数据综合管理需求分析


  3.1.1数据完整和同步的需求


  给水系统涉及的数据绝大部分属于测量值以及实地调研数据,所以,应寻求这样一个高效数据管理系统,即无论发生何种类型的连动变更,都能够借助系统本身提供的内部功能予以自行维护,从而保证一系列数据的完整性以及同步性。


  另外,在正式管理过程中,应严格设置和管理用户权限,从而确保相关数据的安全性。


  3.1.2数据使用便利的需求


  在模型的诸多计算中,通常需要涉及大量数据的综合计算,由于来源不一,再加上格式多样,所以,有必要构建一个高度统一的数据管理系统,为数据使用提供便利。


  不仅如此,借助视图或者存储方式,能够基于模型计算对数据的相应要求而得到目的明确的查询结果,从而在一定程度上有效强化了筛选模型计算数据的工作效率。


  3.2给水管网动态数据管理技术——给水管网动态数据库


  对该数据库进行管理时,主要涉及以下几点:


  1)数据存储,即把全部数据转化成数据表形式,并存储起来;


  2)数据库连接,即数据库之间的连接,以及数据库和其他系统之间的连接;综合/联合查询,借助查询方式搜集需要用到的数据及信息,又或者基于视图与存储的形式,对常用查询模块进行有效保存,以便后期调用;


  3)数据更新;


  4)用户管理。


  3.2.1数据库设计原则


  数据库设计原则主要包括:满足用户需求的实用性原则、数据的准确性原则、安全稳定性原则、易操作性、可扩展性原则。


  3.2.2数据库的建立


  数据库组成主要涉及以下几点:


  1)管网基础数据类,如参数表、用户信息表、测压点信息表、水泵信息表、水厂信息表、阀门信息表、加压泵站信息表、清水池信息表;


  2)动态模拟数据类,如测压点压力表、水厂出水压力表、水泵数据表、清水池水位表、加压泵站数据表、阀门数据表、累计流量数据表。


  将上述数据统筹、归类、入库便能够获得一个具有动态特性的数据管理系统。


  数据表相互间存在一定的关联性以及制约性,这是因为数据本身便存在一定的关联性,常见的有管线和节点之间、阀门和节点之间、以及设备两端节点之间等。


  在执行删除或者编辑等重要动作时,应特别注意:对节点进行挪动时,与节点保持相连的管道也应随着节点置的变化而发生相应的变化;对节点新坐标进行确定时,需要对管道长度进行修改;对管段进行移动时,对于该管段而言,其两个节点也会随之进行相应的移动,另外,和这一管段存在连接关系的诸多管段也会随之出现一定程度的拉伸效应。


  在数据库管理系统的帮助下,能够清晰且明确地观察到数据表相互间存在的关系结构,从而准确理清各个数据表之间的内外在关系。


  数据库的其他组成部分:


  1)视图:对于那些需要固定格式处理的数据可借助视图予以保存,在需要的情况下再抽调出来,从而有效避免了重复作业的发生;


  2)存储过程:对于那些应用频率相对较高的查询模块,则有必要为其编译相应的存储过程,使其成为具有独立特性的单元体以供用户调用,从而防止代码的多次编译,进而节省大量的人力和时间;


  3)触发:通常适应于级联更新或者级联删除的情况。


  3.2.3数据维护和更新


  基于现有模型构建一个全新的、完整的数据库之后,在将来的备份及更新时,那些不同时间段的数据便有了与之相应的版本。应用数据库系统管理软件本身具备的优异更新及备份功能,能够基于既有的数据库开展相应的备份操作。


  在此过程中,基础数据库可以共用,而不同时间段的各个版本可以以相对独立的更新文件形式予以存储,如此一来,任何时间段所对应的版本均能够得到完整而有效的保存,不仅如此,还实现了数据冗余最小化的目标,再加上共享度相对较高,文件以最小体积形式存在,使得更新任务量也相对较小。


  对给水管网动态模型数据进行维护和更新时,主要涉及如下工作:


  1)对管网模型的拓扑结构及有关数据进行更新;


  2)对节点流量进行更新;


  3)对操作方案进行更新;


  4)对管道粗糙系数进行更新;


  5)对水泵特性曲线进行更新;


  6)对模型进行定期检验。


  当上述数据出现相应改变时,数据库中与之对应的数据也会随之被有效更新。对管网拓扑结构及相关属性信息进行更新时,可借助数据库和模型本身的接口对相关模型数据进行重新导入。


  对于那些繁杂程度较高且形式变化较多的数据,可结合具体变化情况,由有修改权限的数据库管理人员进行手动方式或者其他方式的更新。


  结语:


  随着城市给水管网规模的不断扩大,其运行及管理工作将面临更大的挑战,所以,做好给水管网动态水力建模数据分析及其综合管理工作便显得尤为重要了。


  相信随着研究的不断深入,动态水力模型将会在功能及精度上取得更大的进步,从而为城市给水管网的正常运行及高效运行提供更大的帮助。


  参考文献[1]陈涛,徐鹏,赵洁. 给水管网动态水力模拟系统的建模研究[J]. 城镇供水,2012,01:66-67.


  [2]欧阳嘉. 给水管网水力建模与优化调度应用研究[D].湖南大学,2012.


  [3]卢汉清,蒋敏. 宁波慈城区域给水管网水力建模与应用研究[J]. 城镇供水,2010,01:56-58.




来源:论文网

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