地铁场段管网监测系统水利模型的研究

吴正中

（中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江 杭州 310004）

地铁车辆段和停车场室外给水管网系统主要有低压给水系统（利用市政压力直供）、高压给水系统、消火栓给水系统、自动喷水系统、绿地浇洒系统。各系统按照布置方式可分为枝状管网和环状管网。目前，杭州、南京等城市场段均出现过严重渗漏问题，造成极大的损失和浪费。室外给水爆管集设计选型、施工质量及运营管理等多方面问题。通过建立一套管网监测系统，利用远传压力表和远传水表上传的节点信息，及时计算分析出渗漏点及爆管点，可以实现运营管理自动化。经过管网监测系统长时间的数据积累和分析，可以为后期设计提供更准确的管网基础数据，从而优化后续场段给排水管网设计。

1 生产生活给水管网（枝状管网）算法

场段生产生活给水管网为枝状管网，分高压区和低压区。低压区主要是供2层及以下区域的供水，高压区主要供应2层以上的楼层，均为枝状管网。

压降方程又称为水头损失方程，是管段水头损失与其两端节点水压以及流量的关系式。水头损失hij和流量qij的关系可以表示为:

式中，Hi、Hj为管段两端节点i、j的水压高程；Hij为管段两端节点i、j的压降；Sij为管段摩阻；Qij为管段流量（m3/s）；Αij为比阻；Lij为ij管段长度（m）；n为粗糙系数。

式中的n值对于不同管材、不同计算场景的取值不同；本系统通过实际测量值来确定相同管材、不同管径、不同连接方式、不同安装位置的管道粗糙系数n的取值。

1.1 压降方程粗糙系数n值的确定

车辆段和停车场生活生产给水管网施工图设计阶段，在生活生产引入总管起端设置远传水表（Q0）和远传压力表（P0），在管网末端设置远传压力表（Pn），各单体入户管位置设置远传水表（Q1、Q2、 、Qn）。

图1 车辆段（停车场）枝状管网监测系统图

管道竣工后投入使用前，生活生产给水管网系统完好，确保系统不存在泄漏，通过放水试验，来记录不同单体在不同流量下起端、末端的压力值；单体1放水试验数据记录，如表1。

表1 不同流量下的各节点压力值

根据多组数据比较，计算得出不同工况下的粗糙系数n值，加权平均，得出生活生产给水管管段压降方程中粗糙系数n的最终取值。

1.2 不同管段比阻的测定

1.2.1 管段0～1比阻测定

单体1放水，单体远传水表和干管远传水表记录流量值相等，记为q1，节点0处远传压力表读数为P0，末端远传压力表读数为Pn，由公式(1）转化：，计算得出第一个值。

1.2.2 管段1～2比阻测定

单体2放水，单体远传水表和干管远传水表记录流量值相等，记为q2，节点0处远传压力表读数为P0，末端远传压力表读数为Pn；流量q2流经管段0～1压降为：

根据上述方法推出：根据公式（2）可以计算出每段管段的比阻值。

1.3 枝状管网监测系统模型建立

1.3.1 管网泄漏或者爆管报警

系统时刻在记录着各单体的用水量和总水表的流量值，单体1、2、的流量记录值分别为Q1、Q2、Q3、…Qn，总水表的流量值为Q0。

考虑管网存在渗漏，当⊿Q=Q0-(Q1+ Q2+ Q3+…+ Qn)＞（Q1+ Q2+ Q3+…+ Qn)×0.05时，表明生活生产给水管网存在较大泄漏或者爆管，系统发出警报。

1.3.2 管网泄漏点的判定

因为管网存在不确定位置的泄漏，导致管网存在的压降为⊿H’。假设⊿Q发生在0～1管段中间某位置，若将⊿Q叠加在1节点，则必然存在

因为管道泄漏越往后，导致的压降损失越大。若上式存在大于的关系，则⊿Q必然发生在节点1后面的管段。依次类推，将⊿Q叠加在之后的节点2、，直到上面的关系式存在小于的关系。

⊿Q发生在0～1管段时，

计算出l0x即找出泄漏点的准确位置，为距节点0的距离为l0x的位置。

2 结语

管网压力和流量监控系统是一个管网计量和漏损的监控系统，即把车辆段室外供水管网划分为多个监控分区，对每个分区进行流量和压力监测，对管网系统的市政给水总量和各单体的用水量进行监控；同时，根据压力及流量的变化对管网漏损进行分析判定。建立完善的压力及流量监控系统后，可以在系统端了解和掌握实际供水量、实际需水量、系统漏水量等数据，从而提高运营管理水平和效率；时刻监测区域内管道的流量、压力数据，为爆管泄漏的预警追踪，水力模型的建立提供强大的数据支撑；通过分区计量还可研究压力控制在漏损控制方面的作用和意义，并对高压区进行适当的压力调控，优化管网压力分配，分时段合理调节管网运行压力，减少管网系统爆管及大泄漏风险，从而整体提高地铁智能化管理水平。