爆管事故对多水源管网供水分区的影响

————————————收稿日期：2013-10-12基金项目：国家自然科学基金资助项目(51078193)；国家重大水专项课题(2009ZX07422-006)作者简介：戴成林（1989-），男，山东东营人。硕士，研究方向为供水管网优化。E-mail：[e-mail]。*通讯作者（Correspondingauthor）：吕谋，男，博士（后），教授。E-mail：[e-mail].爆管事故对多水源管网供水分区的影响戴成林，吕谋，董深，李璞(青岛理工大学环境与市政工程学院，青岛266033)摘要：基于图论理论，建立了多水源供水管网的供水分区模型，结合EPA管网模拟软件，采用C++平台实现了供水分区算法。通过对爆管事故发生管网前后供水分区的研究，得到了爆管事故对于多水源管网供水分区的影响规律，事故管段的输水能力强弱直接影响到供水分区变化的程度，并在实例管网中得到了很好的验证，为管网在事故发生及关阀抢修时的水量调配提供了技术支持。关键词：供水管网；爆管事故；供水分区；多水源中图分类号：TU991文献标志码：A文章编号：1673-4602(2014)04-0000-00InfluenceofpipebreakonmultiplewatersupplynetworksubareaDAICheng-lin，LVMou，DONGShen，LIPu(SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering，QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao266033，China)Abstract:Awatersubareamodelofmultiplewatersupplynetworkissetuponthegraphtheory.ThewatersupplypartitioningalgorithmisrealizedbyC++bombingthenetworksimulationsoftwareEPANET.Theinfluenceruleofpipebreakonmultiplewatersupplynetworkdivisionisfoundoutbyresearchingthedifferentsub-areabeforeandafterpipebreak.Thedegreeofwatersupplynetworkdivisionchangeisaffecteddirectlybythecarryingcapacityofaccidentsection，whichisverifiedinlivingexamplenetwork.Theresultlendsatechnicalsupporttowaterallocationinclosingthevalvetorepairthenetworkwhenaccidentoccurs.Keywords:watersupplynetwork；pipebreak；watersupplynetworksubarea；multiplewaterresources随着城市建设的不断发展，城市需水量急剧增加，管网不断延伸，给水系统日趋复杂，许多城市的供水系统由单水源供水发展到多水源供水，这一变化使得确定管网中水源的供水区域成为必要，简单的水力计算已不足以用来分析管网的运行状态[1-2]。而随着供水管网的不断扩建，管网新老管段混杂，在部分管段存在着管网老化、缺乏维护等问题[3]，伴随着用水量的增加，爆管事故时有发生。在多水源管网中，管网的爆管事故对供水分区的影响是不可忽略的，笔者将对爆管事故引起的供水分区变化进行探讨。1供水分区方法供水分区的方法基于图论理论。管网图形的性质可用图论的基本原理来分析，图由“弧”和“顶点”两部分组成，管网的管段可以看成是“弧”，节点看成是“顶点”，因此，管网也可以看成是一种“图”[4-5]，并且，因为管段的流量有方向性，所以管网是一种“有向图”。笔者以C++编程软件为平台，结合EPA管网模拟软件，采用文献[2]中的遍历搜索分区算法，以某市新区的管网为模型，得到了很好的验证。2014-07-0410:38爆管事故前供水分区该管网位于某市某新区，共有49个节点，80条管段，2个水源点，由2条输水干管向管网中供水，管网见图1。图1某市新区管网从图1中可以看出，该管网大致分为上、下两个区，水源从上区供水，由3条主干管向下区输水，经程序计算，得到供水分区，程序运行结果见图2。从程序运行结果可以看出，水源1供水量1274.2L/s，略多于水源2的954.1L/s，水源1所能供达的节点也要多于水源2，图3更直观地表达了供水区域的划分情况。图2爆管事故前程序运行结果图3爆管事故前供水分区在图3中，实线管段由水源1独自供水，虚线管段由水源2独自供水，点线管段由水源1和水源2混合供水。从图3中可以直观地得出以下结论：1)虽然水源1供水量只是略多于水源2，但是由水源1单独供水的管段要明显多于由水源2单独供水的管段，也就是图中所反映的实线管段要多于虚线管段；2)由于水源1的供水量上与水源2相比并没有绝对的优势，结合结论1)可以推断，在点线管段，也就是混合供水区域中，水源2所占的比例要多于水源1。总的来讲就是，水源1独自供给的管段比较多，但对混合供水区域的供水贡献并不大，而水源2则恰好相图4爆管状态1示意3反，大部分供水量都用来供给混合供水区域。3爆管事故后供水分区现在对爆管事故后的供水分区进行研究，选取两种事故状态。管段发生爆管事故，将事故管段两端的阀门关闭，进行抢修，并且各节点的需水量以最高时的70%来计。1)事故状态1，见图4。对关阀后的管网重新进行水力计算和分区，计算结果、供水分区分别见图5、图6。图5爆管事故后程序运行结果图6爆管事故后供水分区12)事故状态2，见图7。图7爆管状态2示意对关阀后的管网重新进行水力计算，重新分区，计算结果、供水分区分别见图8、图9。4图8爆管事故后程序运行结果2图9爆管事故后供水分区2从程序运行结果可以看出，在“事故状态1”中，由于发生事故的管段与水源1联系较为密切，因此，在事故发生后，水源1的供水能力受到了较大影响，从而水源2取代水源1，成为了主要供水水源，并且在供水量上占有较大优势，达到了1201.4L/s，而水源1的供水量仅为358.4L/s。水源2所能供达的节点也明显多于水源1。而图6则更加清楚直观的反映了爆管事故发生后的供水分区情况，与事故发生前相比，虚线管段明显增多，实线和点线管段都相对减少，也就是水源2单独供水的区域范围扩大，而水源1单独供水的区域以及混合供水区域范围缩小，这与水源1和水源2的供水量是吻合的。而在“事故状态2”中，由于事故管段位于管网中段，供水分区以及各水源供水比例并未发生很大的改变，只有细微的变化。4结论通过研究不难发现，爆管事故对于多水源供水管网的供水分区的影响是比较明显的，总结规律，可以归纳出以下几点：1)管网正常运行时，各水源的供水量与管网形状、各节点需水量以及水源本身的供水能力等因素有关；2)当管网发生爆管事故后，将对供水分区产生影响，其影响程度取决于事故管段的输水能力，若事故管段为管径较大、输水能力较强的干管，则事故对供水分区的影响十分明显，若事故管段为管径较小、输水能力较弱的支管，则事故对供水分区的影响也较弱。3)爆管事故对供水分区的影响，还取决于事故管段与水源的联系程度，若事故管段距离水源较近，则事故对供水分区的影响较大，若事故管段距离水源较远，则事故对供水分区的影响较小。通过对爆管事故以及供水分区的研究，可以大致了解爆管事故对供水分区的影响，这有利于在事故发生后的关阀抢修阶段及时调整各水源的供水量，实现资源的合理调配，具有比较大的实际意义。参考文献(References)：[1]李黎武，许世荣，施周.基于拓扑理论确定多水源管网供水区域及绘制等压线的方法研究[J].给水排水，2001，27(12)：5-8.LILi-wu，XUShi-rong，SHIZhou.Atopologicalbasedmethodfordeterminationofsourceservingdistrictsanddrawingpressurecoutourinmulti-sourcenetworks[J].Water&WastewaterEngineering，2001，27(12)：5-8.[2]刘丽英，闫立华，宋占龙.多水源管网供水分区的可视化研究[J].山西建筑，2006，32(24)：171-172.LIULi-ying，YANLi-hua，SONGZhan-long.Visualizationofdividingdistrictsofwatersupplypipenetworkwithmultiplewatersources[J].ShanxiArchitecture，2006，32(24)：171-172.[3]何芳，刘遂庆.供水管网爆管事故分析与对策探讨[J].管道技术与设备，2004(5)：20-23.HEFang，LIUSui-qing.Analysisonpipebreakinwaterdistributionsystemanditscountermeasures[J].PipelineTechniqueandEquipment，2004(5)：20-23.[4]赵洪宾.给水管网系统理论与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2003：33-34.ZHAOHong-bin.Waternetworksystemtheoriesandanalysis[M].Beijing：ChinaArchitecture&BuildingPress，2003：33-34.[5]王爽，宫思远.城市多水源管网供水分区模拟分析[J].现代经济信息，2009(24)：321-322.WANGShuang，GONGSi-yuan.Simulationandanalysisonurbanmultiplewatersupplynetworksubarea[J].ModernEconomicInformation，2009：321-322.