CN109784746A - 城乡统筹供水管网水力水质模拟平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，属于管网运行监测智能化技术领域，包括在线报警预警模块、优化调度管理模块、事故应急处置模块、漏损监测报警模块和系统配置模块；在线报警预警模块通过系统在线监测当前时刻水力状况和水质状况并预测未来24小时的水力和水质趋势；优化调度管理模块包括水力优化调度管理、水质优化调度管理和调度专家库三部分；漏损监测报警模块通过运行在线模型模拟事故点所带来的影响和受影响区域的范围，利用模型做多种水厂泵站调度方案。本发明为决策者提供各种预案的研究分析来模拟决策过程和方案环境，同时访问各种信息源和分析工具来帮助决策者提高决策水平和质量。
Description
技术领域
本发明属于管网运行监测智能化技术领域，涉及城乡统筹供水管网水力水质模拟平台。
背景技术
水是人类生产生活中必不可少的资源，安全的饮用水更是民众健康和社会发展的重要保障，因此对供水管网的水力水质运行情况进行监测与管理尤为重要。然而供水管网深埋地下，构造复杂，各水力、水质指标不便于人工直接观测，想要实时、全面地了解供水管网实际的水力水质情况是非常困难的。
目前相关技术中，围绕水质监测手段、监测数据分析与管网运行异常报警方面的研究居多，此类研究为供水管网的监测与分析提供了支持，能够及时反馈供水管网的运行情况，但当供水管网运行条件需要调整，例如发生水力水质指标不达标的警报，或管网需进行水力水质调度，或发生爆管、停泵、突发污染事件等异常情况时，则无法对拟采取决策进行对比与评估，直接影响决策速度与质量，无法高效地对供水管网进行主动管理。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，为决策者提供各种预案的研究分析来模拟决策过程和方案环境，同时访问各种信息源和分析工具来帮助决策者提高决策水平和质量。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，包括在线报警预警模块、优化调度管理模块、事故应急处置模块、漏损监测报警模块和系统配置模块；所述的在线报警预警模块通过系统在线监测当前时刻水力状况和水质状况并预测未来24小时的水力和水质趋势；所述的优化调度管理模块包括水力优化调度管理、水质优化调度管理和调度专家库三部分；所述的漏损监测报警模块通过运行在线模型模拟事故点所带来的影响和受影响区域的范围，利用模型做多种水厂泵站调度方案，选择最优化可行的调度方案以确保在管网修复之前最小化影响区域；所述的系统配置模块对系统中的参数进行设置，包括用水量预测设置、监测报警阈值设置、DMA分区参数设置、水泵能耗设置、测点设置和在线模型更新上传。
进一步的，所述的在线报警预警模块包括地图展示、水力分析、水质分析、管网查询、用水量预测、报警预警信息列表及关键点变化曲线。此处“管网查询”与“关键点变化曲线”是指对管网和关键点进行的水力水质分析，如对于水力分析，地图上显示压力测点分布；对于水质分析，地图上显示水质测点分布。点选监测站，可以显示监测站的实时信息。
进一步的，在所述的地图展示的地图中点选任意管线或监测点，查看管线属性信息、管线流量/流速/余氯模拟曲线、上下游节点压力曲线以及监测点实时信息；所述的水力分析是从当前时刻起，动态模拟未来24小时的压力、流速及反流次数；所述的水质分析是从当前时刻起，动态模拟未来24小时的余氯、三卤甲烷及卤乙酸；所述的用水量预测是结合预测的天气、温度、节假日进行未来时刻水量预测；所述的报警预警信息列表用于显示当前压力报警、当前余氯报警和未来压力预警。
进一步的，所述的水力优化调度管理和水质优化调度管理通过三种途径获得：优化算法、人工经验和专家库；系统供查询的水力结果为管线中的流速、流量、反流次数与节点压力；系统供查询的水质结果为余氯、三氯甲烷和卤乙酸。
进一步的，所述的事故应急处置模块是当管网运行过程中发生突发污染事故时，能够对污染事故进行污染物扩散模拟，制定应急处置方案如关阀等，并对各水厂应急水力调度方案进行评估。
进一步的，所述的漏损监测报警是通过建立供水DMA分区，统计分析每个分区的夜间最小流量、区平均压力以及区平均供水量等信息来实现对管网中的漏损事件进行监测。
进一步的，所述的水力水质离线模型是基于Mike Urban软件建立并经过参数率定的数学模型，用于搭建城乡统筹供水管网水力水质模拟平台；基于搭建好的水力水质离线模型，建立在线管网水质模型，从三个接口方面实现，分别为GIS系统接口、SCADA系统接口及营业收费系统数据库接口；GIS接口支持shp文件重复导入及持续更新，保证模型与GIS系统同步更新；SCADA系统通过数据库接口等技术每15min从SCADA系统提取管网压力、流量的实时在线采集数据及水厂的实时运行数据，用于实时在线供水管网水力模型的建立及校核；营业收费系统数据库接口，实现用水量信息导入，建立模型节点和用户之间的对应关系，进行节点水量分配及用水模式管理；所述的在线管网水质模型基于EPANET建立，研究水质指标为余氯与消毒副产物三卤甲烷、卤乙酸；余氯遵从一级衰减方程，见表达式(I)：
式I中，k1为总的余氯衰减系数，见表达式(II)：
式(II)中kb为主体水余氯衰减系数，kw为管壁余氯衰减系数，kf为传质系数，rh为水力半径，C1为余氯浓度；
消毒副产物三卤甲烷，氯乙酸遵从限制一级增生方程，见表达式(III)：
式(III)中，k2为总的消毒副产物增生系数，C2为消毒副产物浓度，CL为消毒副产物最大浓度。
进一步的，所述的余氯曲线图覆盖时间为当前时刻前24小时历史模拟和实测数据对比及后24小时模型预测数据，通过前24小时历史模拟数据和实测数据比较，验证模型的精度。
进一步的，所述的在线报警预警模块中对于报警，系统将当前实测值与模拟值差值绝对值与系统设置的差值阈值进行比较，超出阈值的测点，系统在界面给出报警提醒并可在地图上定位。
进一步的，所述的优化调度管理模块中水力优化调度是对泵站实施自动优化调度，主要侧重于降低系统运行能耗；水质优化调度是对水厂投氯实施自动优化调度，主要侧重于降低系统运行的加氯量；水力与水质优化均包括优化调度方案生成、基于优化调度人工调整调度方案生成和方案对比三个功能。
进一步的，所述的漏损监测报警模块分为漏损监测指标与漏损指标；所述的漏损监测指标包括区域夜间最小流量、监测点当前时刻瞬时供水量和漏损报警；所述的漏损指标包括区域漏损率、区域平均压力和区域供水量；所述的系统配置模块的系统配置检测报警阈值设置包括压力、余氯监测项、最低值、最高值和差值的设置，以及不同管径的管道流速上下限值的设置。
有益效果：与现有技术相比，本发明城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，系统涵盖了在线报警预警、优化调度管理、事故应急处置、爆漏监测报警、系统配置五大模块，可在同一平台实现对管网运行信息的集中管理。能够帮助决策者通过人机界面的互动操作进行决策分析。为决策者提供各种预案的研究分析来模拟决策过程和方案环境，同时访问各种信息源和分析工具来帮助决策者提高决策水平和质量。
附图说明
图1为城乡统筹供水管网水力水质模拟平台功能模块结构图；
图2为水力模型求解线路图；
图3为盐城市区、楼王镇及步凤镇管网模型图；
图4为水质模型参数更新界面图；
图5为在线报警预警模块界面图；
图6为水力等压面分析界面图；
图7为水质余氯浓度分析界面图；
图8为优化调度管理界面图；
图9为优化调度一般建模流程图；
图10为优化调度求解流程图；
图11为水力事故-水泵调度方案图；
图12为水质事故-污染物扩散模拟过程图；
图13为漏损监测报警界面图；
图14为系统设置模块界面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例对本发明进一步说明。
如图1-14所示，本实施例中，基于MIKE URBAN软件建立盐城市中心城区DN100及以上以及楼王镇和步凤镇全管网高峰日离线水力水质数学模型，并对模型进行率定；基于已建的离线水力水质模型，开发城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，实现在线报警预警、优化调度管理、事故应急处置以及漏损监测报警功能。下面对各模块应用进行详细说明。
城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，包括在线报警预警模块、优化调度管理模块、事故应急处置模块、漏损监测报警模块和系统配置模块；所述的在线报警预警模块通过系统在线监测当前时刻水力状况和水质状况并预测未来24小时的水力和水质趋势；所述的优化调度管理模块包括水力优化调度管理、水质优化调度管理和调度专家库三部分；所述的漏损监测报警模块通过运行在线模型模拟事故点所带来的影响和受影响区域的范围，利用模型做多种水厂泵站调度方案，选择最优化可行的调度方案以确保在管网修复之前最小化影响区域；所述的系统配置模块对系统中的参数进行设置，包括用水量预测设置、监测报警阈值设置、DMA分区参数设置、水泵能耗设置、测点设置、在线模型更新上传。
在线报警预警模块包括地图展示、水力分析、水质分析、管网查询、用水量预测、报警预警信息列表及关键点变化曲线。此处“管网查询”与“关键点变化曲线”是指对管网和关键点进行的水力水质分析，如对于水力分析，地图上显示压力测点分布；对于水质分析，地图上显示水质测点分布。点选监测站，可以显示监测站的实时信息。
地图展示的地图中点选任意管线或监测点，查看管线属性信息、管线流量/流速/余氯模拟曲线、上下游节点压力曲线以及监测点实时信息；所述的水力分析是从当前时刻起，动态模拟未来24小时的压力、流速及反流次数；所述的水质分析是从当前时刻起，动态模拟未来24小时的余氯、三卤甲烷及卤乙酸；所述的用水量预测是结合预测的天气、温度、节假日进行未来时刻水量预测；所述的报警预警信息列表用于显示当前压力报警、当前余氯报警和未来压力预警。在线报警预警模块中对于报警，系统将当前实测值与模拟值差值绝对值与系统设置的差值阈值进行比较，超出阈值的测点，系统在界面给出报警提醒并可在地图上定位。
水力优化调度管理和水质优化调度管理通过三种途径获得：优化算法、人工经验和专家库；系统供查询的水力结果为管线中的流速、流量、反流次数与节点压力；系统供查询的水质结果为余氯、三氯甲烷和卤乙酸。优化调度管理模块中水力优化调度是对泵站实施自动优化调度，主要侧重于降低系统运行能耗；水质优化调度是对水厂投氯实施自动优化调度，主要侧重于降低系统运行的加氯量；水力与水质优化均包括优化调度方案生成、基于优化调度人工调整调度方案生成和方案对比三个功能。
事故应急处置模块是当管网运行过程中发生突发污染事故时，能够对污染事故进行污染物扩散模拟，制定应急处置方案如关阀等，并对各水厂应急水力调度方案进行评估。
漏损监测报警是通过建立供水DMA分区，统计分析每个分区的夜间最小流量、区平均压力以及区平均供水量等信息来实现对管网中的漏损事件进行监测。漏损监测报警模块分为漏损监测指标与漏损指标；所述的漏损监测指标包括区域夜间最小流量、监测点当前时刻瞬时供水量和漏损报警；所述的漏损指标包括区域漏损率、区域平均压力和区域供水量；所述的系统配置模块的系统配置检测报警阈值设置包括压力、余氯监测项、最低值、最高值和差值的设置，以及不同管径的管道流速上下限值的设置。
水力水质离线模型是基于Mike Urban软件建立并经过参数率定的数学模型，用于搭建城乡统筹供水管网水力水质模拟平台。
首先，将管网拓扑数据、生产运行数据及水量数据导入到MIKE URBAN软件中，建立并求解水力模型的技术流程为输入管网信息，求解方程组，得到节点压力，管段流量、流速、水头损失等水力参数。图2为水力模型求解线路图。盐城城区及乡镇管网模型如图3所示。模型共有17462个节点，17920根管道，供水量为38.6万吨/天。该管网系统由两座水厂联合供水，城东水厂及盐龙湖水厂，供水量分别为23.8万吨/天及14.8万吨/天。
基于搭建好的水力水质离线模型，建立在线管网水质模型，从三个接口方面实现，分别为GIS系统接口、SCADA系统接口及营业收费系统数据库接口。GIS接口主要功能为支持shp文件重复导入及持续更新，保证模型与GIS系统同步更新；SCADA系统通过数据库接口等技术每15min从SCADA系统提取管网压力、流量的实时在线采集数据及水厂的实时运行数据，用于实时在线供水管网水力模型的建立及校核；营业收费系统数据库接口，实现用水量信息导入，建立模型节点和用户之间的对应关系，进行节点水量分配及用水模式管理。
在线管网水质模型基于EPANET建立。本案研究水质指标主要为余氯与消毒副产物(三卤甲烷、卤乙酸)。余氯遵从一级衰减方程，见表达式(I)：
式(I)中，k1为总的余氯衰减系数，见表达式(II)：
式(II)中kb为主体水余氯衰减系数，kw为管壁余氯衰减系数，kf为传质系数，rh为水力半径，C1为余氯浓度。
消毒副产物THMs(三卤甲烷)，HAAs(氯乙酸)遵从限制一级增生方程，见表达式(III)：
式(III)中，k2为总的消毒副产物增生系数，C2为消毒副产物浓度，CL为消毒副产物最大浓度。
水质模拟是基于时间的拉格朗日算法，按照固定时间步长，物质追踪离散水体在管道中移动以及节点处混合。在EPANET的MSX模块中，自定义更新余氯衰减系数及方程、消毒副产物的增生方程，如图4所示。以楼王镇为例，余氯反应系数随季节变化不同，冬季主体水反应系数为0.102168d-1，管壁反应系数为0.1m/d；夏季主体水反应系数为0.129612d-1，管壁反应系数为0.16m/d。其中主体水反应系数由实验得到，管壁反应系数依据模拟数据尽量能够和实测数据吻合，采取试算的方法得到。冬季THMs的反应系数为0.40272d-1；夏季THMs的反应系数为0.26568d-1，通过模型验证，除末梢点偏离度较大外，其他都在校验标准范围内。目前在所涉及的水质采样点中，各卤乙酸浓度均低于检测限，暂未得到数学模型。
基于在线水力模型可实现在线水质模型，通过完善SCADA接口，将水质参数实时在线采集，用于在线管网水质模型的建立及校核。模型的率定主要分为三种基本的方法：检查、校验和率定，这三种方法一直贯穿于建模项目的始终，在建模的不同阶段，这三种方法的使用各有侧重，整个过程就是一个发现问题-假设模拟-问题锁定-确认更正的过程。水力校验标准如表1和表2所示：
表1流量精度要求
| 流量参数 | 差值 |
| 管道流量>总需水量的1％ | 实测流量的5％ |
| 管道流量>总需水量的0.5％ | 实测流量的10％ |
表2压力精度要求
水质校验的标准为：余氯浓度精度δ采用模拟值x与实测y差值的绝对值与实测值y的比值：
100％水质监测点的δ值都小于30％。
余氯曲线图覆盖时间为当前时刻前24小时历史模拟和实测数据对比及后24小时模型预测数据，通过前24小时历史模拟数据和实测数据比较，验证模型的精度。
一、在线报警预警模块
图1为城乡统筹供水管网水力水质模拟平台功能模块结构图，图5为在线报警预警操作界面。地图展示了盐城市区全管网以及两个乡镇(楼王镇和步凤镇)主干管网图，鼠标放大地图后，可以详细查看乡镇管线。压力测点与余氯测点的曲线覆盖时间为当前时刻前24小时历史模拟和实测数据对比及后24小时模型预测数据，通过前24小时历史模拟数据和实测数据比较，可以验证模型的精度。在地图中点选任意管线或监测点，可以查看管线属性信息、管线流量/流速/余氯模拟曲线、上下游节点压力曲线以及监测点实时信息。
图6为水力等压面分析界面，水力分析是从当前时刻起，动态模拟未来24小时的压力、流速及反流次数。在参数选项中选择“压力”，同时点击播放按钮，系统将动态生成未来24小时的等压面，可以查看高压及低压区域。在参数选项中选择“流速”，同时点击播放按钮，系统将动态生成未来24小时的流速分布图，可以查看“低于经济流速”和“高于经济流速”的管线。在参数选项中选择“反流次数”，同时点击播放按钮，系统将动态生成反流次数分布图，可以查看反流次数“>4次”的管线。
图7为水质余氯浓度分析界面，水质分析是从当前时刻起，动态模拟未来24小时的余氯、三卤甲烷及卤乙酸。在参数选项中选择“余氯”，同时点击播放按钮，系统将动态生成未来24小时的管线余氯浓度分布，可以查看余氯偏低和偏高的区域。在参数选项中选择“三卤甲烷”，同时点击播放按钮，系统将动态生成未来24小时的三卤甲烷浓度分布图。“卤乙酸”同理。
报警预警信息列表用于显示当前压力报警、当前余氯报警和未来压力预警。在线水力模型是将预测的未来24小时的时需水量分配到模型中，并更新泵站当前及未来24小时的调度数据，从而实现当前时刻的压力报警，以及预测未来一天压力的变化情况。对于报警，系统将当前实测值与模拟值差值绝对值与系统设置的差值阈值进行比较，超出阈值的测点，系统在界面给出报警提醒，并可在地图上进行定位。用水量预测是结合预测的天气、温度、节假日进行未来时刻水量预测。
二、优化调度管理模块
基于已构建的管网水力水质模型，采用遗传算法进行水力水质优化调度。图8为优化调度管理界面，包括“水力优化调度管理”、“水质优化调度管理”和“调度专家库”三部分。子导航栏中一级标签用于管理总的水力调度方案，包含优化调度方案和人工经验调度方案等；二级标签则为当前条件下(如某一天或者某个节假日等)的调度方案集合；三级方案则为具体需要执行的调度方案。调度方案制定顺序为：1)在一级标签下建立二级标签；2)在二级标签下，通过寻优计算获得优化调度方案；3)在三级标签下，可以直接应用前面优化获得的调度方案作为调度预案，或者基于该优化方案，结合实际人工调度经验来获得改进后的调度预案，或者在SCADA数据库中寻找历史某个相同条件下的调度方案作为调度预案，或者在专家库中去找适合当前条件下的调度方案作为调度预案。
水力优化调度是对泵站实施自动优化调度，主要侧重于降低系统运行能耗。以水泵运行能耗作为目标，在EPANET中通过读取二进制结果文件获得运行能耗结果。具体为：基于该市8月份的运行数据建立水力模型，将包含管网基础信息的INP文件作为优化调度模型的输入文件，调用EPANET的水力计算引擎进行水力计算，同时获得保存水力计算结果的二进制文件。读取二进制文件结果获取模型运行成本以及各节点压力(不包含水池水库节点)，在不考虑制水成本的前提下，以模拟运行的能耗成本作为目标值，并做相应适应度拉伸，以节点压力满足最小服务水头为约束，利用遗传算法进行优化计算。优化调度一般建模流程如图9所示。水力优化调度部分包括水力优化调度方案生成、基于优化调度人工调整调度方案生成和方案对比三个功能。
水力优化调度方案生成：
1)输入方案名称，新建一个水力优化调度方案；
2)优化参数设置：包括算法因子、约束条件、水泵的设置；
3)启动优化计算；
4)水泵开停模拟结果：计算结束后可以点击泵站列表中泵站，查看该泵站下每个水泵各时间段的开停结果，红色代表“关”，绿色代表“关”；
5)调度方案模拟结果：显示供水管网系统的地图，用于显示模拟结果的播放器，模型结果项包括，“压力”，“流速”，“流向”，关键点位的压力曲线；
6)纳入专家库：将该方案纳入专家库。
基于优化调度人工调整调度方案生成：
1)输入方案名称，新建一个基于优化调度人工调整方案；
2)调度规则类型：可以选SCADA数据和专家库调度两种方案，其中专家库包括工作日调度、双休日调度、春节调度等典型模式；
3)泵站工作设置：可以在泵站列表中选择需要调度的泵站，在泵站工作时间轴上拖拽选中需要设置的时间段，可以对其进行修改。设置泵站在时间段内的状态：开/关；
4)调度方案模拟结果：显示供水管网系统的地图，用于显示模拟结果的播放器，模型结果项包括，“压力”，“流速”，“流向”，关键点位的压力曲线；
5)纳入专家库：将该方案纳入专家库。
方案对比：
1)地图上展示比选方案中各监测站点的信息；
2)点击任意管道，弹出管道属性对话框，展示管道基本信息，以及管道相关参数和模型模拟信息。以曲线图形式对管道参数进行展示；
3)显示关键点位的压力对比，以曲线图形式对管道参数进行展示；
4)显示各个方案的能耗对比。
水质优化调度是对水厂投氯实施自动优化调度，主要侧重于降低系统运行的加氯量，在满足末端供水余氯需求的情况下尽可能降低水厂加氯成本。基于MIKE URBAN软件生成的管网属性INP文件，通过调用EPANET采用遗传算法对水厂出厂余氯浓度进行优化，制定水厂出厂余氯浓度调度方案。求解步骤如图10所示。水质优化调度部分包括水质优化调度方案生成、基于优化调度人工调整调度方案生成和方案对比三个功能。
水质优化调度方案生成：
1)输入方案名称，新建一个水质优化调度方案；
2)优化参数设置：包括算法因子、约束条件、加氯站的设置；
3)启动优化计算；
4)加氯量模拟结果：计算结束后可以点击加氯站列表，查看该站各时间段的加氯量，以曲线图形式对管道参数进行展示；
5)调度方案模拟结果：显示供水管网系统的地图，用于显示模拟结果的播放器，模型结果项包括，“余氯”，“三卤甲烷”，“卤乙酸”，关键点位的余氯曲线；
6)纳入专家库：将该方案纳入专家库。
基于优化调度人工调整调度方案生成：
1)输入方案名称，新建一个基于优化调度人工调整方案；
2)调度规则类型：可以选SCADA数据和专家库调度两种方案，其中专家库包括夏季水质调度、冬季水质调度等典型模式；
3)加氯站工作设置：可以在加氯站列表中选择需要调度的加氯站，在加氯站工作时间轴上拖拽选中需要设置的时间段。开始时间和结束时间为默认选用的时间段，可以对其进行修改。设置加氯站在时间段内的加氯量；
4)调度方案模拟结果：显示供水管网系统的地图，用于显示模拟结果的播放器，模型结果项包括，“余氯”，“三卤甲烷”，“卤乙酸”，关键点位的余氯曲线；
5)纳入专家库：将该方案纳入专家库。
方案对比：
1)地图上展示比选方案中各监测站点的信息；
2)点击任意管道，弹出管道属性对话框，展示管道基本信息，以及管道相关参数和模型模拟信息。以曲线图形式对管道参数进行展示；
3)显示关键点位的余氯对比，以曲线图形式对管道参数进行展示；
4)显示各个方案的余氯量对比。
三、事故应急处置模块
应急处置系统利用供水管网水力水质模型对供水水源和管网中可能发生的突发事故进行模拟，预演事故发生后污染物在管网中的扩散和迁移过程，并利用管网GIS拓扑关系找到隔离污染事故需要关闭的阀门，自动生成关阀之后的供水管网情景方案。通过对关阀方案的模拟评估事故对管网正常供水产生的影响。针对管网中压力不足的情况制定应急调度方案，利用水力水质模型对调度方案的效果进行评价，帮助用户制定经济可行的污染事故应急调度方案。
水力事故处置包括水力事故模拟、制定事故调度方案、方案对比三个功能。如图11所示。
水力事故模拟
1)输入方案名称，新建一个水力事故方案；
2)事故情景设置：包括事故名称、事故开始时间、描述信息；
3)在地图上选择事故点，自动生成需关闭的阀门；
4)执行关阀后的水力模拟；
5)关阀后的水力模拟结果：显示供水管网系统的地图，用于显示模拟结果的播放器，模型结果项包括，“压力”，“流速”，“流向”，关键点位的压力曲线，在地图上点击任意管道，弹出管道属性对话框，可以查询该管道的模拟结果。
制定事故调度方案
1)输入方案名称，新建一个基于该水力事故的调度方案；
2)泵站工作设置：可以在泵站列表中选择需要调度的泵站，在右侧泵站工作时间轴上拖拽选中需要设置的时间段，可以对其进行修改。设置泵站在时间段内的状态：开/关；
3)调度方案模拟结果：显示供水管网系统的地图，用于显示模拟结果的播放器，模型结果项包括，“压力”，“流速”，“流向”，关键点位的压力曲线，在地图上点击任意管道，弹出管道属性对话框，可以查询该管道的模拟结果。
对事故前后调度方案进行方案对比。
1)地图上展示比选方案中各监测站点的信息；
2)点击任意管道，弹出管道属性对话框，展示管道基本信息，以及管道相关参数和模型模拟信息。以曲线图形式对管道参数进行展示，鼠标放在曲线上，可显示曲线上每个折点的具体数值；
3)显示关键点位的压力对比，以曲线图形式对管道参数进行展示，鼠标放在曲线上，可显示曲线上每个折点的具体数值。
水质事故处置包括水质扩散模拟、制定关阀方案两个功能。如图12所示。
水质事故模拟
1)输入方案名称，新建一个水质事故方案；
2)事故情景设置：包括事故名称、事故开始时间、主要污染物、污染物浓度、描述信息；
3)在地图上选择事故点；
4)执行水质事故模拟；
5)水质模拟结果：显示供水管网系统的地图，用于显示模拟结果的播放器，模型结果项包括管线扩散的“污染物浓度”。
制定事故调度方案
1)输入方案名称，新建一个基于该水质事故的关阀方案；
2)根据污染物扩散时间生成关阀方案：设置污染物扩散时间，并自动生成关阀方案；
3)关阀方案模拟结果：显示供水管网系统的地图，用于显示模拟结果的播放器，模型结果项包括，“压力”，“流速”，“流向”，关键点位的压力曲线，在地图上点击任意管道，弹出管道属性对话框，可以查询该管道的模拟结果。
四、漏损监测报警模块
漏损监测报警模块分为漏损监测与漏损指标两个模块。漏损监测指标包括区域夜间最小流量、监测点当前时刻瞬时供水量和漏损报警三项。漏损指标包括区域漏损率、区域平均压力和区域供水量三项。如图13，地图上可查询DMA分区及该区域夜间压力流量曲线，监测点基础信息和区域漏损报警信息。
漏损事故通过在线水力模型的模拟数据与SCADA系统的实测数据的比较，判断漏损事件的发生以及发生的区域和位置。当SCADA实测压力与模型模拟压力之差超过预先设定的阈值时，系统将会给出报警提醒。在参数设置中预先设置好压力模拟值与实测值之差阈值为0.05Mpa。还可通过流量监测漏损，建立了盐城市区、楼王镇和步风镇三个DMA区域，结合夜间最小流量(2～5点)的监测，可以更好的评估每个DMA区域的漏损水平。当监测到某DMA分区的夜间最小流量超出设置的允许值时，系统给出报警。
五、系统配置模块
图14为系统配置模块界面。包括：
1)用水量预测设置：对系统中用水量预测参数进行设置，包括天气状况数值化表和节假日数值化表；
2)监测阈值设置：压力、水位设置：包括监测项、最低值、最高值和差值的设置等。设置完成后进行保存，系统对阈值进行更新；
管道流速设置：对不同管径的管道流速上下限进行设置，设置完成后进行保存，系统对阈值进行更新；
3)DMA分区参数设置：主要包括各分区的夜间最小流量基准值、未收费合法用水量、偷盗水量、误差水量和漏损率等参数。设置完成后点击“保存”，系统相关参数即进行更新；
4)水泵能耗设置：对系统中用水泵能耗参数进行设置，包括水泵能效设置和电价设置；
5)测点设置：对系统中的压力、流量、水质测点可以进行编辑、新增和删除；
6)在线模型更新：导入外部模型文件，对系统模型文件进行更新。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：包括以水力水质离线模型为基础的在线报警预警模块、优化调度管理模块、事故应急处置模块、漏损监测报警模块和系统配置模块；所述的在线报警预警模块通过系统在线监测当前时刻水力状况和水质状况并预测未来24小时的水力和水质趋势；所述的优化调度管理模块包括水力优化调度管理、水质优化调度管理和调度专家库三部分；所述的漏损监测报警模块通过运行在线模型模拟事故点所带来的影响和受影响区域的范围，利用模型做多种水厂泵站调度方案；所述的系统配置模块对系统中的参数进行设置，包括用水量预测设置、监测报警阈值设置、DMA分区参数设置、水泵能耗设置、测点设置和在线模型更新上传。
2.根据权利要求1所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：所述的在线报警预警模块包括地图展示、水力分析、水质分析、用水量预测和报警预警信息列表。
3.根据权利要求2所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：在所述的地图展示的地图中点选任意管线或监测点，查看管线属性信息、管线流量/流速/余氯模拟曲线、上下游节点压力曲线以及监测点实时信息；所述的水力分析是从当前时刻起，动态模拟未来24小时的压力、流速及反流次数；所述的水质分析是从当前时刻起，动态模拟未来24小时的余氯、三卤甲烷及卤乙酸；所述的用水量预测是结合预测的天气、温度、节假日进行未来时刻水量预测；所述的报警预警信息列表用于显示当前压力报警、当前余氯报警和未来压力预警。
4.根据权利要求1所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：所述的水力优化调度管理和水质优化调度管理通过三种途径获得：优化算法、人工经验和专家库；系统供查询的水力结果为管线中的流速、流量、反流次数与节点压力；系统供查询的水质结果为余氯、三氯甲烷和卤乙酸。
5.根据权利要求1所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：所述的事故应急处置模块是当管网运行过程中发生突发污染事故时，能够对污染事故进行污染物扩散模拟，制定应急处置方案，并对各水厂应急水力调度方案进行评估。
6.根据权利要求1所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：所述的漏损监测报警是通过建立供水DMA分区，统计分析每个分区的夜间最小流量、区平均压力以及区平均供水量等信息来实现对管网中的漏损事件进行监测。
7.根据权利要求1所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：所述的水力水质离线模型是基于Mike Urban软件建立并经过参数率定的数学模型，用于搭建城乡统筹供水管网水力水质模拟平台；基于搭建好的水力水质离线模型，建立在线管网水质模型，从三个接口方面实现，分别为GIS系统接口、SCADA系统接口及营业收费系统数据库接口；GIS接口支持shp文件重复导入及持续更新，保证模型与GIS系统同步更新；SCADA系统通过数据库接口等技术每15min从SCADA系统提取管网压力、流量的实时在线采集数据及水厂的实时运行数据，用于实时在线供水管网水力模型的建立及校核；营业收费系统数据库接口，实现用水量信息导入，建立模型节点和用户之间的对应关系，进行节点水量分配及用水模式管理；所述的在线管网水质模型基于EPANET建立，研究水质指标为余氯与消毒副产物三卤甲烷、卤乙酸；其中，余氯遵从一级衰减方程，见表达式(I)：
式I中，k1为总的余氯衰减系数，见表达式(II)：
式(II)中kb为主体水余氯衰减系数，kw为管壁余氯衰减系数，kf为传质系数，rh为水力半径，C1为余氯浓度；
消毒副产物三卤甲烷，氯乙酸遵从限制一级增生方程，见表达式(III)：
式(III)中，k2为总的消毒副产物增生系数，C2为消毒副产物浓度，CL为消毒副产物最大浓度。
8.根据权利要求3所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：所述的余氯曲线图覆盖时间为当前时刻前24小时历史模拟和实测数据对比及后24小时模型预测数据，通过前24小时历史模拟数据和实测数据比较，验证模型的精度。
9.根据权利要求1所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：所述的在线报警预警模块中对于报警，系统将当前实测值与模拟值差值绝对值与系统设置的差值阈值进行比较，超出阈值的测点，系统在界面给出报警提醒并可在地图上定位。
10.根据权利要求1所述的城乡统筹供水管网水力水质模拟平台，其特征在于：所述的漏损监测报警模块分为漏损监测指标与漏损指标；所述的漏损监测指标包括区域夜间最小流量、监测点当前时刻瞬时供水量和漏损报警；所述的漏损指标包括区域漏损率、区域平均压力和区域供水量；所述的系统配置模块的系统配置检测报警阈值设置包括压力、余氯监测项、最低值、最高值和差值的设置，以及不同管径的管道流速上下限值的设置。
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