长距离输水管线安全运行监测的研究

董永娜，王林涛

陕西省西咸新区沣东新城工程质量安全监督站

西安昆明池投资开发有限公司

陕西西安710116

摘要：本文主要采用MIKE URBAN建立长距离输水管网模型，连接SCADA系统数据，再建立在线模型，根据测点模拟值和实测值比较，对爆管事故进行触发和爆管点定位，以缩短爆管发现和检查时间，降低各项损失。结论：1、基础资料数据的准确性影响模型的建立和精度；2、监测系统开发涉及SCADA系统数据库同步、在线爆管实时滚动监测、爆管定位算法开发及系统界面的前端展示等四个重要步骤；3、流量推测点对于爆管定位精度有重要影响。

关键词：长距离输水管；爆管；监测

Research on the safe operation monitoring of long-distance water pipeline

Dong Yongna，Wang Lintao

Abstract: In this paper, MIKE URBAN is mainly used to establish a long-distance water pipeline network model, connect SCADA system data, and t-hen establish an online model, according to the comparison of the simulat-ed value of the measurement point and the measured value, trigger the pi-pe burst accident and locate the pipe burst point, so as to shorten the de-tection and inspection time of the pipe burst and reduce the loss. Conclus-ions: 1. The accuracy of basic data affects the establishment and accuracy of the model; 2. The development of the monitoring system involves four important steps: SCADA system database synchronization, real-time rolling monitoring of online pipe bursts, development of pipe positioning algorithm and front-end display of system interface; 3. The flow estimation point is precise for the positioning of the burst pipe.

Keywords: long-distance water pipeline; Squib; monitoring

引言

随着社会经济的发展，城镇化进程的加快，市政配套设施的完善，供水工程在城市建设中扮演着不可或缺的角色，而长距离输水管线是供水系统的重要组成部分，承担着从水厂向市区输水的重要作用，具有管线长、管径大、流量大等特点，一旦发生爆管，将会对管线下游居民的正常生活产生严重影响，对公共财产造成巨大浪费。

本文依托某公司A、B水厂实际情况，在两个水厂输水管线上安装测压器，对输水管道压力进行监测，结合有关基础数据，建立长距离输水管网模型，开发输水管线安全运行监测系统，对公司的输水管线进行爆管监测，以便及时抢修，减少各项损失。

1前期压力监测设备安装

压力取样管采用管鞍施工，取样位置在排气阀门井内的排气阀前，总计安装7个测量点，其中A水厂4个测量点，均匀分布在8.7Km～19.8Km，B水厂3个测压点，均匀分布在7.5Km～22Km，并将压力数据每5min远程传输至公司后台，实现网页查询功能。

2利用管网数值模拟进行软件开发

2.1基础数据的采集、预处理和分析评估

（1）输水管线模型的建立需要管网拓扑信息（地面高程信息、管道基本信息）、 水量信息（水厂和监测点信息）和生产运行数据（水厂和监测点的SCADA数据）。输水管网数据的收集、整理和核对工作，是输水管网实施模型建设和运行的基础，越加完善的数据和信息，就越能够保证输水管网水力数学模型的准确性。

（2）节点高程数据主要由CAD图获取，部分缺失高程进行临近点推算，并结合实地测量复核，主要处理方式为将节点附近的高程值直接赋给节点，海拔高度介于500~620米之间，地形呈北高南低的趋势。管线拓扑时删除边界上不必要的管线，补充管线管径、管长，完善管线拓扑关系等，再将ArcGIS中处理好的数据导入模型。

（3）根据水厂设计文档和运行SCADA数据获得池底高程、实时水位、总供水量、瞬时流量及累计流量、液位及测点压力等数据。对于基础数据和SCADA记录数据应进行评估、分析和预处理，如SCADA记录数据与实测数据时间间隔不一致情况，应进行线性插值数据预处理；对数据缺失情况，根据上下游管道实际流量数据进行推断或采用前一天同时刻数据补充，有必要时可追溯前三个月数据；对只有平均用水量的数据，需根据水模式进行时间序列生成；对于用水大幅变化，应考虑用水高峰期影响等。

2.2建立输水管网模型

输水管网模型建立的主要步骤：管线拓扑搭建及概化→建立水池信息→建立阀门信息→建立水量分配信息

模型建立过程中，除了必要的优化之外，更重要的是漏损量的分配问题，本文主要漏损量分配采用管道长度比流量法。

2.3管网模型校核

管网模型校核主要考虑水量校核、高程校核及粗糙系数校核等。首先，根据水量平衡计算漏损量，对于漏损量较少新铺设管网，予以忽略，须保证出厂水量=漏损量+用户水量，对漏损量进行分配时，应考虑模拟压力与实测压力之间的差异，对测压点进行分析，科学地对有关点位漏损量分配。其次，为保证系统校核的准确度，需要对系统中水厂、出水点和压力监测点的高程值进行精确测量，并需要通过在线模型运行来验证高程对模型所造成的误差属于系统误差还是测量误差，以便进行高程调整。最后，考虑管道建设年份存在较大差异，爆管时水流状态多为紊流态，需建立粗糙度系统，结合达西公式，再根据SCADA实时监测数据对管道粗糙度系数和水量分配进行在线实时校准。

2.4结果校核准则

进行校核分析时应建立校核规则，重点是建立压力参数偏差范围及流量参数偏差范围规则。压力数据偏差要求100%不大于2米、80%不大于1.5米、50%不大于1米，流量数据偏差要求：管道流量小于总需水量的10%及实测流量的10%。若误差范围超过限值，可能存在的误差因素为：仪器采集点的高程误差；地面标高误差；漏损水量分布位置不确定造成的误差；出口水量变化扰动产生的计量误差。此时应进行数据的重新测量及分配，以保证模型的准确性。

3爆管定位系统开发

输水管线爆管定位系统的开发按照图2.1的技术路线进行，主要包括四部分内容：SCADA数据同步、在线爆管实时滚动监测、爆管定位算法开发以及系统界面的前端展示。

图 2.1 在线爆管实时滚动监测系统技术路线图

在模型及系统完成的基础上，对爆管定位算法进行验证，以确保系统爆管定位功能满足要求。本次采用历史爆管事件数据，导入模型，经过模型和爆管定位系统的计算，找到爆管位置的爆管流量为1156m3/h，爆管位置和实际的爆管位置很接近，表明系统满足爆管定位功能的需求。同时，针对监测仪器故障、关阀操作等原因造成的不正常压力和流量数据，引起流量的变化超过阈值，而压力不变或变化在阈值范围内的情况，系统应初步定性为疑似爆管，需进一步检查核实。

4结论与建议

4.1基础资料的完善度和准确性对于模型的建立与校验起到非常重要的作用，对于输水模型来说，影响模型精度的三个主要因素包括：节点的高程数据、管线摩阻系数、出口的流量数据以及漏失水量的分配。

4.2采用达西公式进行水头损失计算，对于管线的摩阻系数，综合考虑管材和管龄，通过模型的率定和验证得到比较理想的校验结果。

4.3为提高爆管预测精度，建议在推测点处安装流量计进行实时监测。

4.4后期系统部署上去以后，需要进行进一步的数据校验和模型驯化，使在线模型可以准确的反应系统的水力特性。

4.5在现有水力模型和数据系统的基础上，建议开发一整套输水管线决策支持系统，内容可以包括但不限于：综合信息展示、在线预警分析、优化调度管理、爆漏实时监测及定位、分区漏损监测评估等。

参考文献

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