CN109914523A - 基于区块化和叠压增压的供水管网低压改善方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块化和叠压增压的供水管网低压改善方法，该方法首先确定供水管网压力低洼区域边界，针对实际压力低洼区域，采用EPANET模拟获得低压区域边界；然后针对供水管网压力低洼区域边界，根据EPANET获得供水管网的水流方向，确定低压区域的入水口和出水口管段。最后采用叠压增压方法对低压区域进行压力改善，叠压增压方法是将叠压设备通过管道与管网直接连接。本发明将压力低洼区域形成相对封闭的区块，提高低压改善方法的增压效果，减少管网压力波动的影响，满足了供水管网水压稳定性的要求，并且可以充分利用供水管网的余压，结合不同的工况选择不同的模式对低压区域进行压力补偿。

Description

基于区块化和叠压增压的供水管网低压改善方法

技术领域

本发明属于城市供水领域，具体是一种基于区块化和叠压增压的供水管网低压改善方法。

背景技术

城市供水管网由于受到管道腐蚀老化、建筑道路施工不当等因素的影响，出现漏损严重、压力分布不均等问题，不仅影响城市正常供水，而且浪费了大量水资源。因此，在满足城市正常用水的前提下，采取压力管理措施降低漏损、均衡管网压力具有十分重要的意义和作用。

供水管网中，压力和漏损量存在正相关关系，即漏损量随管网压力升高而增加。根据管网压力状况不同，压力管理分为局部高压区的减压管理和局部低压区的增压管理。针对供水管网存在的局部低压问题，目前采取的低压改善方法主要有四种：(1)直接通过供水厂进行压力调控，会加剧漏损和压力分布不均的情况；(2)通过调蓄池水泵进行增压，采用抽取水池中的水对低压区域进行增压补偿，但该方法存在水质污染和浪费管网余压的风险；(3)采用变频调速供水系统对压力低洼区域进行增压，但该方法由于引入了过多的控制设备，导致控制关系变得复杂，并且浪费了能源；(4)通过叠压增压等方法进行局部压力改善，但该方法存在增压效果受管网余压波动影响较大、增压效果不明显等缺点。因此，采取有效的局部增压措施，减少对供水厂、正常压力管网的影响，节约能源，减少管网漏损，势在必行。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种供水管网低压改善方法，将低压待改善区域处理成相对封闭的区块，再针对管网不同工况选择合适模式的叠压增压方法进行压力补偿。

本发明采取以下步骤：

步骤1确定供水管网压力低洼区域边界

针对实际压力低洼区域，采用EPANET模拟获得较准确的低压区域边界。首先，通过EPANET对于供水管网进行24小时模拟，包括低压区域的运行状况，尽量逼近实际管网运行。根据管网节点24小时内的压力变化，找出压力最低的三个节点，作为低压节点；然后，根据低压节点间连接的管段的最小连接长度，确定管网中的低压区域，获得低压区域边界。

步骤2低压区域区块化

针对供水管网压力低洼区域边界，根据EPANET获得供水管网的水流方向，确定低压区域的入水口和出水口管段。由于对供水管网进行区块化划分时考虑的主要因素是压力，因此，在对低压区域进行区块化时，排除需要安装叠压增压设备的入水口管段，在低压区域的出水口管段和其余入水口管段处安装止回阀等设备，实现供水管网低压区域的区块化，防止水的回流造成供水管网余压波动，形成相对封闭的低压区块。

步骤3采用叠压增压方法对低压区域进行压力改善

叠压增压方法将叠压设备通过管道与管网直接连接，具体的水力构造主要包括2台增压泵、4个阀门、1个储水罐，其中，2台增压泵中的一台作为主泵，另一台作为辅助泵，根据低压待改善区域的压力高低和供水管网余压的情况，选择不同的运行模式对2台泵站的运行进行优化选择。根据增压泵和阀门间的组合以及供水管网的运行工况，在管网运行过程中不需要进行增压的时段采用模式1；主增压泵扬程可以满足压力低洼区域所需扬程时采用模式2；仅通过主增压泵对上游管道的水进行增压处理，补偿压力低洼区域无法达到期望扬程或者主增压泵入口处水量不充足时采用模式3。

叠压增压方法的3种具体运行模式如下：

(1)模式1：阀门1、2、3、4开启，增压泵1、2关闭状态。叠压增压设备属于关闭状态，供水管网的余压可以满足到达叠压增压设备的水一部分进入水罐中进行存储，另一部分通过管道输送到用户。

(2)模式2：阀门1、2、3、4开启，增压泵2关闭，主增压泵(增压泵1)开启，对压力低洼区域的入水口处的水压进行提升，对该区域的压力进行补偿。根据该压力低洼区域所需的压力，由于进入水泵的水本身具有一定的水压，因此还需要水泵提供一定的扬程，根据以下水泵扬程公式计算：

H₂＝H₁-h₁

其中，H₂表示水泵扬程，单位：m；H₁表示从水池中转供水所需扬程，单位：m；h₁表示管网余压即水头值，单位：m；

设置增压泵的运行参数和提供的扬程大小，通过以下公式确定：

h_G＝A-Bq^c

其中，h_G代表水泵的扬程，q为管道流量，A、B、c为水泵固有参数。

(3)模式3：阀门1、2、3、4、开启，主增压泵(增压泵1)、辅增压泵(增压泵2)开启，通过水泵扬程计算公式得到所需扬程主增压泵无法满足，需从储水罐中取水，经过增压泵运行参数和扬程计算公式设定辅增压泵进行增压。

本发明的有益效果：该方法将压力低洼区域形成相对封闭的区块，提高低压改善方法的增压效果，减少管网压力波动的影响，满足了供水管网水压稳定性的要求，并且可以充分利用供水管网的余压，结合不同的工况选择不同的模式对低压区域进行压力补偿。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1：本发明方法流程图；

图2：本发明实施例22个节点24小时压力变化；

图3：本发明实施例水流方向；

图4：本发明实施例叠压增压方法的设备组成；

图5：本发明实施例水泵曲线；

图6：本发明实施例模式二节点24小时压力变化；

图7：本发明实施例模式三节点24小时压力变化。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段与创作特征易于明白，下面结合附图和实施例，对本发明的实现方式进一步详述，并不限制本发明的权利范围。

本实施例供水管网包括22个普通节点、3个水源节点、37根管段，通过3个水源节点对管网进行供水、22个普通节点代表用户用水、37根管段代表节点间输送的通道。

如图1所示，本实施例包括以下步骤：

步骤1确定供水管网压力低洼区域边界

针对实际压力低洼区域，采用EPANET模拟获得图2中22个节点在24小时的节点压力，节点N5、N8、N22属于22个节点中压力最低的三个节点；并且，提升N5、N8、N22三个节点的压力一方面可以对管网中相对低压的区域进行压力改善，另一方面有利于管网压力的均衡。从N5、N8、N22三个节点在管网中的位置可发现，这三个节点距离水库较远、基本上都属于管网的末端节点，因此，将N5、N8、N22三个节点通过管道P27、P28、P33、P35作为划分出的低压待改善区域。

步骤2低压区域区块化

采用EPANET模拟获得供水管网的水流方向，如图3所示，该低压区域共有两个供水入口，为实现减少对其他区域的影响和提高压力改善的效果，在其中一个供水入口P25、出口P20、P29、P31、P32加装止回阀，另外一个供水入口管段P24作为预留安装增压设备管段，完成低压待改善区域区块化操作。

步骤3采用叠压增压方法对低压区域进行压力改善

通过叠压增压水力设备与供水管网进行直接连接，具体构造如图4所示。叠压增压设备在低压区域供水入口之一的管道P25接入，采用EPANET模拟获得22个节点24小时压力变化。在设计增压泵的期望扬程时，经过计算得到增压泵所需提供的扬程，在主增压泵可以提供所需的扬程时，采用模式2；在主增压泵无法提供足够扬程或上游水量不足时采用模式3，分别进行低压区域的压力改善效果分析。

(1)模式1，由于模式1情况下没有对低压待改善区域进行压力补偿，相当于在模拟仿真管网中不增加叠压增压设备的情况。

(2)模式2，开启主增压泵对低压待改善区域的供水入口管道进行增压处理，通过公式计算水泵需要抬升的扬程大小为10m，结合入水口上游的流量值，设置增压泵的运行参数和提供的扬程大小如图5所示，通过EPANET对供水管网进行24小时模拟，可以得到3个节点在24小时内的压力变化，记为：N5”’、N8”’、N22”’，如图6所示，可以发现经过叠压增压方法对区块内N5、N8、N22三个节点在24小时内的压力比之前压力得到提升。

(3)模式3，经过计算得到主增压泵最大只能提供的扬程为5m，无法满足所需扬程10m的要求，因此，计算得到辅助泵的参数和扬程，辅助泵的水泵曲线设置与主增压泵相同。先抽取储水罐中的水通过辅增压泵进行增压并补充主增压泵上游水量，然后再经主增压泵补偿压力。经过EPANET模拟得到3个节点N5””、N8””、N22””在24小时内的压力变化，如图7所示，即对N5、N8、N22三个节点通过管道P27、P28、P33、P35作为划分出的低压区域的水压有提升效果。

由此，本发明解决了城市供水管网局部地区压力低洼等问题，并且本发明方法不仅适用于本实施例供水管网，在供水管网低压改善方法上具有普遍性。以上对于本发明的具体实施方式说明是为了阐明目的，而非限定本发明的权利范围。

Claims (3)

1.基于区块化和叠压增压的供水管网低压改善方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1确定供水管网压力低洼区域边界

针对实际压力低洼区域，采用EPANET模拟获得低压区域边界，具体是：首先，通过EPANET对于供水管网进行24小时模拟，包括低压区域的运行状况，尽量逼近实际管网运行；根据管网节点24小时内的压力变化，找出压力最低的三个节点，作为低压节点；然后，根据低压节点间连接的管段的最小连接长度，确定管网中的低压区域，获得低压区域边界；

步骤2低压区域区块化

针对供水管网压力低洼区域边界，根据EPANET获得供水管网的水流方向，确定低压区域的入水口和出水口管段；由于对供水管网进行区块化划分时考虑的主要因素是压力，在低压区域的出水口管段和入水口管段处安装止回阀，实现供水管网低压区域的区块化，防止水的回流造成供水管网余压波动，形成相对封闭的低压区块；

步骤3采用叠压增压方法对低压区域进行压力改善

叠压增压方法是将叠压设备通过管道与管网直接连接，具体的水力构造主要包括两台增压泵、四个阀门、一个储水罐，其中，两台增压泵中的一台作为主增压泵，另一台作为辅增压泵，根据低压待改善区域的压力高低和供水管网余压的情况，选择不同的运行模式对两台泵站的运行进行优化选择；

根据增压泵和阀门间的组合以及供水管网的运行工况，在管网运行过程中不需要进行增压的时段采用模式1；主增压泵扬程可以满足压力低洼区域所需扬程时采用模式2；仅通过主增压泵对上游管道的水进行增压处理，补偿压力低洼区域无法达到期望扬程或者主增压泵入口处水量不充足时采用模式3，其中：

模式1：阀门均开启，增压泵均关闭；叠压增压设备属于关闭状态，供水管网的余压可以满足到达叠压增压设备的水一部分进入水罐中进行存储，另一部分通过管道输送到用户；

模式2：阀门均开启，辅增压泵关闭，主增压泵开启，对压力低洼区域的入水口处的水压进行提升，对该区域的压力进行补偿；

模式3：阀门均开启，主增压泵、辅增压泵开启，通过水泵扬程计算公式得到所需扬程主增压泵无法满足，需从储水罐中取水，经过增压泵运行参数和扬程计算公式设定辅增压泵进行增压。

2.根据权利要求1所述的基于区块化和叠压增压的供水管网低压改善方法，其特征在于：在对低压区域进行区块化时，排除需要安装叠压增压设备的入水口管段。

3.根据权利要求1所述的基于区块化和叠压增压的供水管网低压改善方法，其特征在于：模式2中根据该压力低洼区域所需的压力，由于进入水泵的水本身具有一定的水压，因此还需要水泵提供一定的扬程，根据以下水泵扬程公式计算：

H₂＝H₁-h₁

其中，H₂表示水泵扬程，单位：m；H₁表示从水池中转供水所需扬程，单位：m；h₁表示管网余压即水头值，单位：m；

设置增压泵的运行参数和提供的扬程大小，通过以下公式确定：

h_G＝A-Bq^c

其中，h_G代表水泵的扬程，q为管道流量，A、B、c为水泵固有参数。