专家观点 | 侯英娜：实时在线水力模型的实践与思考

“新质生产力赋能浙江城乡水务高质量发展”研讨会暨浙江省城市水业协会2024年年会于2024年9月4-6日在浙江宁波举办。会议精心邀请60余位行业专家与会交流，来自浙江省水务企业、高等院校、设计院、研究院、政府部门及国内友好交流单位等近千位水务同仁、专家、学者参加了此次会议。上海《净水技术》杂志社作为此次年会的媒体支持单位，整理了大会部分报告内容，欢迎各位水业同仁赏阅。

实时在线水力模型的实践与思考

侯英娜

厦门市政水务集团有限公司

给排水副首席工程师

厦门是一个美丽的海滨城市，分为本岛和岛外，本岛有2个区，岛外有4个区。目前，厦门市90%的供水区域是由厦门水务集团下属的水厂提供。厦门市有12座水厂，目前供水能力是232.8万吨/日。本岛有2座水厂，其中一座是90万吨/日的高殿水厂，这也是福建省最大的一个水厂；另外一个是5万吨/日的连板水厂。水厂水源主要来自两江四库，两江即九龙江和龙井西，四库即常态仿羊水库、石头水库、莲花水库和天溪水库群。厦门是一个本地水源非常匮乏的城市，水源70%来自于外调水，即九龙江的水。目前用户数量83万余户，DN100及以上的管网4600余公里，近五年的产销差率控制在10%以内。

一、项目背景

2016年的莫兰蒂台风和2019年的“1212”事故，这两次重大的事件都给厦门的供水服务带来了巨大的挑战。在供水管网的全面动态监测计时预警、管网的应急处置效率、安全保障等方面，都暴露了明显的不足。所以进一步提升对供水系统的动态感知和风险预警，实现供水系统安全、稳定、节能低碳的高效运行，对于厦门水务集团而言势在必行。实时在线水力模型是重要的技术手段之一。

厦门水务从2016年的莫兰蒂台风开始启动建设离线模型，到2023年杜苏瑞台风期间实现实时在线水力模型辅助应急指挥，历经了七年的时间。整个历程可以分为两个阶段：第一个阶段是2016年~2019年，该阶段是离线模型建设和应用阶段，由我带领厦门水务的工程师自主完成，在管网的评估供水规划、管网压力分区管理等方面提供了科学的决策支持。第二个阶段是2020年~2023年，该阶段是厦门水务实时在线水力模型的建设和应用阶段。比如：在坊中路一米四给水主干管停水迁改工程中造成厦门东部大范围降压，对供水过程进行优化调度和应急指挥；在“杜苏芮”台风期间动态实时感知等方面发挥了比较好的作用。厦门水务的模型包括了4500余公里的管道、223.2万个节点、6.2万个阀门、214个在线压力监测设备、计算周期五分钟、整个精度也是处于比较高的水平。

二、实践与应用

将抢修管理从线下搬到了线上

厦门水务的模型实现了多平台一体化应用，除了厦门水务传统的CS架构和近几年流行的BS架构，厦门水务将模型的应用拓展到了移动端。抢修人员可以在施工现场来模拟停水方案，精确分析影响范围，直接用pad发送停水短信。不仅管网管理效率提高了，便利性也有明显的提高。

供水压力精益调控，实现节能降耗

厦门本岛地形西低东高，厦门水务利用模型对整个供水系统进行分析，提出了优化改造的方案。根据这个方案，2018年高殿水厂完成了出厂干管的改造，改造完成之后，本岛实现了东西部压力分区，使得西部的平均压力较分区之前降低了6.7米。

此外，在实施分区之后，由于压力降低，漏损率降低了1.69%，漏失水量降低了856万吨，每年节约电费103万，效益非常显著。

应急治理精准化，加压供水用户“无感”

2023年的3月29号到30号之间，厦门水务配合省级的一个重点项目，即翔安大桥在坊中路和金尚路交叉口下穿隧道的工程建设——房中路一米四管道停水迁改。在施工过程当中造成厦门东部大范围降压，大概时间10个小时，近40个社区15万用户可能会受到影响。因此在实施之前，厦门水务用模型对整个调度方案进行了评估，包括停水时间、停水范围、降压范围和管道的反向等进行评估并提出了优化方案。根据评估，厦门水务提前发送了停水和降压通知。在实施期间，在线系统首次尝试了启动压力驱动模型，解决了在降压供水用水量受到影响的工况下，流量驱动模型的计算结果偏离实际，可能造成负压的情况。

压力驱动模型有两个关键参数：最低压力和服务压力。这两个参数的设置要结合实际供水来设置。由于模型的精准计算，厦门水务对全市的供水实现了全面统筹管理。调度人员根据不同区域的用水需求来动态调整调度方案，合理调配了送水车辆和保障人员，将供水影响范围降到最低。事后，厦门水务也进行了评估，来找出我们在管理当中的一些不足。从上述论述可以看出一个关键问题，即模型当中阀门的状态要根据现场实际实时上报更新。目前，也纳入厦门水务的管理机制当中。

管网事故即时预警，向应急“抢时间”

2021年9月份某一天上午的9:40，厦门水务系统发出了岛内西南地区疑似爆管的报警。片区内有大概13个测压点，监测值较模拟值下降了十米左右。接下来厦门水务利用在线水力模型系统进行了流量压力的相关分析和下游的追踪模拟分析。在报警之后，厦门水务迅速出动，缩小了勘察范围，最后确定在湖滨西路西侧小学路500管发生了爆管。厦门水务利用调度仿真功能来调节爆管管线上游高殿水厂西区出厂压力，分析降压前后对用户用水压力的影响，将影响范围降到最低。紧接着系统对关阀和停水区域做了分析，系统根据管网拓扑结构以及阀门分布位置推荐出了关闭的阀门及顺序，分析停水区域并发送了停水通知。整个处置过程大大缩短，同时也降低了漏失水量。

变被动为主动，提升公共服务信息响应能力

从去年2月份开始，逐步在厦门各区推行用系统来发送停水短信。截止到目前，总共通过在线水力模型平台发送计划性停水短信172次，突发性停水短信62次，累计发送短信78000多条。通过系统的短信通知，我们明显降低了工单诉求和96303接单数量。

模型建设及校核过程中模型的价值

模型的价值不仅在于它的应用，在建设和校核过程中也有模型的价值。建模过程实际就是系统梳理的过程，包括数据质量、数据管理流程、在线监测设备维护机制等。校核的过程是供水管网系统的问题识别的过程，包括管线的连接关系、阀门操作问题、用户位置问题等。

模型建设过程的价值：进行系统梳理-GIS系统。在模型建设过程当中，也对地理信息系统做了系统化的梳理，包括孤立的管线、孤立的节点、没有连通的管线、重复管线、重复节点等，这都是厦门水务等供水企业共性的问题。

模型建设过程的价值：进行系统梳理-SCADA系统。关于设备问题。这些监测点的话，有些不是调度关键控制点，可能就对这些点没有特别关注。但模型对所有设备数据都要进行分析来发现问题产生的原因，然后提出解决措施，建立长效管理机制，转变管理模式。

模型建设过程的价值：以莲前西路DN800管为例。这边是莲坂水厂，另外一个是假日商城的压力点，这两个点距离一公里左右，但是从两个点的压力可以看到，压降达到8m，一公里压降1米是正常的，“8米”这个数是非常大的。如果按照压降来反推的话，莲坂水厂的出厂水量要达到14万t/d。但实际上莲坂水厂的供水规模只有15万t/d。因此我们对沿线压力进行了测试，一直往西沿线测下去，我们发现在嘉禾路和莲前西路交叉口位置，两个消火栓100米的距离压降达到了六米，推断这个地方有非常大的局损，从管网管理人员那边也确认了这个位置有一个被掩埋的阀门可能没有被全开。反过来我们也可以说莲坂水厂的出厂压力还有优化的空间，可以进一步节能降耗。

其他价值-培养人才

工程师要全程参与到项目当中来，从前期的项目调研、测试，模型校核都要全程参与。另外，厦门水务对不同的应用工程师进行了多种方式、多种梯度的培训，通过考试的方式来保证厦门水务的培训质量。

三、总结与思考

管网水力模型如何在供水企业生根发芽并茁壮成长？

第一：领导重视，部门间通力协作。领导重视是组织上的保障，因为管网模型的数据涉及面非常广，分散在各个业务部门。管网地理信息系统、大表系统、加压泵站等数据在营业所，营业收费系统、服务器系统搭建、软件硬件维护和网络安全等在信息资源部，SCADA系统在生产部，新竣工的管网竣工资料由规划建设部提供，所以需要部门之间通力协作。厦门水务集团领导非常重视，总工作为项目负责人亲自协调，定期召开项目例会，所以厦门水务的项目得以顺利实施。

第二：培养自己的模型工程师。从项目的前期调研，到项目实施，全程深度参与，逐步形成“模型思维”。这里的“深度参与”指一定要参与到模型的校核过程中，只有参与模型校核，才能清楚知道模型当中各个数据、各个参数设置的意义，就能够清楚掌握管网系统真实的运行情况。

第三：明确应用目标。管网模型的应用方面非常多，比如说可以做规划方案，优化调度方案，也可以进行管网评估。这些应用实际对于管网模型的精度要求不高，离线模型就可以做到，管网监测点的精度平均在两米以内就可以。如果说做事件预警、漏失定位，就要建在线水力模型，对于水司的信息化水平也提高了一个层次。如果要做到水质保障方面的应用，对于模型的精度要求非常高，尤其是流量的精度，只有精度达到一定的水平，才能够模拟结果，余氯、节点水平才能够跟我们的实际运行情况相吻合。因此，在实施管网模型项目之前，需要客观评估信息化水平，才不会走极端。明确应用目标，才能够让模型发挥实效。