城市供水管网应急能力建设研究

城市供水管网应急能力建设的研究张世泽（1深圳水务集团管网分公司管网管理部福田区滨河大道3197号大院上步水务大楼412室邮编：518033）摘要：本文分析了目前国内城市供水系统安全性中存在的问题。通过建立供水系统数学模型，研究现有供水系统的应急能力,提出供水系统脆弱性分析及管网改建、城市多水源化改造等多项措施，达到提高供水系统应急能力的目的；提出采取应急状态下多水源供水系统优化调度措施，保证供水系统在突发事件下满足应急状态下水质、水量、水压的要求。关键词：供水管网；安全性；优化调度；应急；脆弱性分析TheStudyontheConstructingofEmergencyCapacityofWaterSupplyNetworkZHANGShi-zeAbstract:TheproblemofwatersupplysecurityinChinahadbeenanalyzedinthispaper.Inordertoimprovetheemergencycapacity,thevulnerabilityassessment,therehabilitationofwatersupplynetworkandthereconstructingofmulti-sourcenetworkhavebeenproduced,byestablishingmathematicalmodelandstudyingontherecentemergencycapacity;Optimizationoperationofthemulti-sourcenetworkhasbeenadoptedtoensurethequantity,characterandpressureofthenetworkintheemergency.Keywords:WaterSupplyNetwork;Security;OptimizationOperation;Emergency;VulnerabilityAssessment1.问题的提出城市供水系统,由水源、净水厂、泵站、水库及供水管网等组成,它不仅提供人们的日常使用功能,还要保证消防及各种危急状况下的使用功能。它的破坏将会导致整个城市的瘫痪或部分瘫痪,所以保证供水系统运行的安全、可靠是保证市民的基本生活,保证城市功能正常运行的一个重要环节。与常规性的点、面源污染不同，突发性污染事件具有发生的突然性、处理的艰巨性、影响的长期性及应急主体的模糊性等特点，有可能在短时间内迅速影响城市水源和供水系统，会给局部地区的居民生活、企业生产带来不便，可能进一步触发更为严重的城市安全稳定的问题。近年来突发性水污染事件的频繁发生，特别是其中几起造成严重后果的“重大水污染事件”，例如2005年11月松花江苯胺污染事故，导致哈尔滨市长时间停水及我国与俄罗斯部分地区的水环境问题;广东北江和湖南湘江发生的镉污染事故,也使沿江城市的供水安全受到威胁。人们逐渐开始对突发性水污染事件有了更直观的认识，对其造成的后果也有了更切身的体会。城市如何应对突发性水污染事件，已经成为急需解决的课题，因此提升城市供水系统应急能力研究具有非常重要的现实意义。目前，研究多集中在关于水厂处理应急方案及水源地保护方面，对于供水管网的应急能力提升研究较少。2.我国城市供水系统存在的安全性问题由于历史和经济原因,目前我国城市供水系统设计的技术标准及规范，对于非传统的安全问题考虑不足，现有的供水系统设计标准方面还存在安全缺陷；过分依赖技术经济条件好的水源,使我国现在很多城市成为供水水源单一型城市，这类城市的供水系统对突发事件的安全保障难度很大；目前国内针对应急状态下提高供水系统安全性方面的研究尚少，在提升管网系统应急能力方面没有有效的措施，如何使供水管网系统在应急状态下保证水质、水量的要求，使各水源在优化状态下协调工作，这是急需解决的课题；除了与供水直接相关的供水系统外,那些可能会影响城市水源地水质安全的工业企业的工艺设计、生产过程和事故发生后的抢险措施，也可能会对城市供水安全产生巨大的影响[1]。3.提高现有供水管网系统应急能力的措施目前我国供水管网系统错综复杂，基础资料不完备，其运行多属经验性管理，实现科学化现代化管理困难。尤其在突发性污染事件下，人们仅凭借经验提出的应急措施缺乏科学依据，所以建立供水系统的数学模型势在必行。针对城市规模，建立供水系统数据库，用于供水系统全部基础数据的管理，为数学模型的建立提供平台，主要包括：各给水水源数据库、水厂属性数据库、水泵站数据库、管道属性数据库、管道附件数据库、用户水量计量数据库；建立用水量预测模型；由图论和管网计算理论，根据供水系统日常运行的SCADA数据，应用计算机模拟正常状态下管网运行状态（水力，水质模拟），实时反映供水系统运行工况，为事故下应急措施提供有效的技术支持。利用这些信息，以供水仿真模型为基础，应急状态下改进供水管网系统应急能力的措施有：3.1管网脆弱性分析及改建方案供水系统是基础性的、复杂的、开放性的系统[2]。面对不断升级的安全需求,重新审视评价供水系统的安全隐患,以达到提高供水系统应急能力的目的。脆弱性分析是突发事件应急预案的基础，可以帮助检验系统范围内可能存在的薄弱环节,以及确定能够减少风险的合理方法。目前供水管网存在很多薄弱环节，如供水区域压力分布不均、管道负荷、管网老化区域、监测点布置不合理等。这些薄弱环节限制了供水管网系统应急能力的提升，准确有效地识别供水系统的薄弱环节是脆弱性分析的主要内容。在建立供水系统数学模型的基础上，根据计算机模拟结果，对管网进行脆弱性分析和识别，确定城市供水系统中关键控制点及其临界范围，建立全程监控系统和校正措施。基于安全性角度考虑，对供水系统的脆弱区域提出改造方案，主要包括：合理确定城市管网服务压力；通过计算机模拟，确定各水源供水范围与供水压力；在同一水源供水区域内，在节点压力及压力变化相近的条件下，将供水管网分区，进而优化布置测压点及流量监测点的位置；以均衡区域水压，实现低压供水，减少管网漏失水量为目标，通过模型仿真，提出各管网区域间联络管网改扩建策略，并且兼顾各水厂在应急状态下协调工作；为保证重要用户事故状态下不间断供水，提出重要用户备用管网建设方案；以多水源串联、多水系连接、地表水与地下水联调为原则,研究应急输配水管网改扩建，通过水力模型模拟，为达到管网应急状态下用户对水量、水压的要求，对模拟中的瓶颈管段进行扩建；通过调整供水方式，研究定时定量供水预案，或以集中供水替代分散供水等措施，提高管网系统应急状态下的应变能力。脆弱性分析模式见图1：图1供水管网脆弱性分析模式3.2城市多水源化改造策略单水源供水系统安全性差，管网内水力条件不均匀，一旦发生事故，整个系统将处于瘫痪状态。为提高供水系统应急能力，就必须对城市进行多水源化改造。首先对城市多水源化可行性进行研究，综合评价各备用水源建设的经济性、可行性，对单水源供水城市给出多水源化改造方案；研究实施跨流域引水的可行性，建立城市供水多水源保障体系，以提高区域自救能力；根据相邻流域供需水量进行流域间水量平衡，采取跨流域引水措施以保证应急情况下国民经济仍能持续、稳定、健康发展。分析供水危机的发生规律和城市水资源特点，研究确定设置应急水资源储备方案。3.3各水厂间协调调度策略首先应该就应急状态下供水水源削减方案进行研究。以“以供定需”为原则，在用水总量控制的条件下,对用户分类,通过降低用水标准、调整各类用户用水优先次序，制定应急水量调度预案。建立水量削减模型，保证（1）每一个用水户都必须削减水量,但又不能全部削掉其需水量；（2）各用户的水量削减后,可实现供需平衡。提出应急状态下的供水水源削减方案，为各水源供水协调调度提供依据。在提出事故状态下水量削减方案前提下，确定各水源地的供水量及各用户的需水量，建立应急状态下各水源优化配置模型。有效利用遥测、遥信、遥控系统作为水厂监控系统,将各水厂的实时生产运行参数通过有线或无线的形式送到调度中心。通过优化配置模型和计算机模拟仿真，优化各水厂应急状态下运行工况，建立应急状态下水厂供水调度决策软件系统。在事故状态下,分析出各水源供水分界线,选取若干管网分界线上的点和管网末稍作为控制点,由水厂水量调度程序确定事故状态下各水厂之间供水量优化调度方案，昀终使各用户缺水损失总值昀小，供水管网压力均衡、稳定，各水厂送水泵站压力适中，满足应急状态下水质、水量、水压的要求。3.4应急状态管网优化调度研究供水系统优化调度是保证系统安全、可靠，利用管网监测系统（SCADA系统）反馈的运行状态数据或根据科学的预测手段，昀终使系统满足总运行费用昀省、可靠性更高。针对上述目标在应急状态下应充分研究的内容主要包括：以影响范围昀小为目标，研究事故状态下阀门优化调度预案；以均衡区域水压为目标，研究城市供水管网应急状态下的泵站优化调度预案及水塔或高位水池贮水策略；结合管网正常运行工况与应急运行工况的相关关系，建立管网应急运行状态的数学模型，通过模拟应急调度形成应急预案，开发城市供水管网应急状态下的优化调度系统软件模块。利用上述措施，可以提高事故状态下供水系统的应急能力，实现科学管理。4.结语突发性污染事件发生突然、危害严重，为保证供水管网的安全运行，保证事故状态下用户的用水要求，必须缩短事故处理反应时间，这就需要供水管网具备一定的应急能力。为了提升供水管网的应急能力，必须就供水系统薄弱环节，进行不断完善，加大管网改造力度，提高技术水平；必须对城市进行多水源化改造，研究应急水资源储备方案，以保证城市供水系统在突发性事故时的安全供水能力；必须研究应急状态时各水源之间协调调度及管网优化调度，指导突发性事故发生时管网的有效管理，使经济损失减小到昀少。参考文献：1．王郑,王祝来.城市供水安全应急保障体系研究[J].灾害学，2006，21（2）106～1082．马力辉，刘遂庆.供水系统脆弱性评价研究进展[J].给水排水，2006，32（9）:107～1103.崔福义.城市给水厂应对突发性水源水质污染技术措施的思考[J].给水排水，2006，32（2）:7～94．赵洪宾.给水管网系统理论与分析[M].中国建筑工业出版社.2003:327~3695．吕谋，裘巧俊.浅谈城市供水系统安全性[J].青岛建筑工程学院学报,2005,26(1):1~46．PeterS,BeeringJD.ThreatsonTap:UnderstandingtheTerroristThreattoWater[J].JournalofWaterResourcesPlanningandManagement,2002(5):163～167.7．王亚宜，严敏.城市供水突发事件的应急预案[J].浙江工业大学学报，2005，33(6)：660～6648．SamuelM.Emergencyplanningguideforutilities[M].USA:PennwellBooks,1994.作者简介：张世泽毕业于哈尔滨工业大学硕士现就职于深圳市水务（集团）有限公司管网分公司研究方向：给水系统优化理论联系方式：电话[phone]email：[e-mail]