技术分享|供水管网压力监测点的优化布置与实施策略
一、前言
压力监测作为城市供水管网远程监控系统的核心组成部分,是水厂实现精准调度的关键依据。实时掌握管网水力运行状态与压力变化,既能满足用户水压需求,又能兼顾泵站节能运行,有效规避薄弱管道超压爆管、压力异常导致的漏耗等问题。当前,各级城市供水管网虽已逐步增设压力监测点,但早期多依赖经验布置,随着城市发展、管网改扩建进程加快,加之部分监测数据上传的实时性与有效性不足,原有监测点已难以适配现代化供水调度需求。因此,科学优化供水管网压力监测点布置,构建高效的实时监测系统,助力水司全面掌握管网压力分布,成为保障供水系统可靠性与运行效率的重要举措。
二、优化布置原则
供水管网压力监测点的优化布置需兼顾科学性与经济性,以有限监测点实现对全网压力变化的全面覆盖与精准反映,具体遵循以下原则:
1.数量适配原则:监测点数量需结合管网实际规模、复杂程度及经济预算综合确定,避免过度冗余或覆盖不足。
2.分界区域优先原则:供水分界线作为理论上的配水最不利区域,在此布置监测点可有效监控全网工况,及时发现分区压力失衡问题。
3.问题导向原则:针对历史事故频发区域、用户投诉集中的压力不足地点,重点增设监测点,强化对薄弱环节的管控。
4.管径适配原则:优先在供水干管、大管径干管交叉点设置监测点,真实反映管网整体运行状态;同时在中小管径节点适当补充,用于校核管网微观分析结果与管网能力。
5.末梢控制原则:管网末梢等关键控制点是供水保障的最后一环,此处设置监测点可为系统优化调度提供核心决策数据。
6.重点保障原则:在用水大户、国家重要部门及单位附近设置监测点,满足特殊用户对供水稳定性与可靠性的高要求。
7.调度敏感原则:在水厂送水泵站汇水总管、二次加压泵站前后等对调度工况变化敏感的区域布置监测点,实时反馈调度效果,支撑动态调控。
三、压力监测点优化布置的实施步骤
3.1 数据收集与分析
3.1.1 收集管网基础信息
· 管网拓扑结构:依托 GIS 系统厘清管道连接关系(串联、并联、复杂分支等),明确节点(管道交汇点、阀门、泵站接入点等)与管段的关联,为分析压力传递路径提供基础。
· 管径与管材:梳理不同管段的管径规格与管材类型,明确管径对过水能力、水头损失的影响,以及管材粗糙度、抗压强度对水流阻力和压力变化的作用。
· 节点位置:通过 GIS 技术标注管理管道连接点、用户接入点等关键节点,结合节点空间分布疏密程度,为监测点均衡布局提供依据。
· 用户分布与用水需求:统计居民、商业、工业等不同类型用户的分布情况,收集不同区域、时段(季节、工作日 / 节假日、昼夜)的用水数据,分析用水高峰、低谷规律及用水量差异,精准定位压力波动敏感区域。
3.1.2 压力变化规律分析
通过统计分析不同时段(小时、天、月、年)的压力数据,掌握管网压力整体变化趋势;结合历史记录定位低压区域(低于供水标准,影响用户用水)与高压区域(超出管道承压范围,易引发破裂),为监测点优化调整提供靶向方向。
3.2 选择优化布置方法
· 经验法:适用于小型简单管网(如小型城镇、独立工业园区管网)。此类管网用户类型单一、运行规律简单,可依据供水管理经验,在低压区、最不利点、管网末梢、供水分界线、大流量用户及重要单位附近设置监测点,操作简便且成本较低。
· 理论法或结合法:适用于大型复杂管网(覆盖范围广、管径多样、用户量大、工况复杂)。需运用模糊聚类分析、灵敏度分析等理论方法,结合数学模型与算法系统分析管网水力特性;或采用经验法与理论法结合的方式,兼顾实际关键位置与理论优化布局,确保监测点布置的科学性与全面性。
3.3 确定初步布置方案
3.3.1 基于经验法的初步布置
· 低压区监测点:结合维修记录、用户投诉,在地势较高、管网末梢、供水距离较远等低压问题突出区域,按合理间距设置监测点,全面覆盖压力波动区域。
· 最不利点布置:在管网末端、地势最高或供水路径最长的位置设置监测点,反映极限工况下的压力保障情况,为调整供水策略提供依据。
· 管网末梢控制点设置:在分支管道末端、小型用户群连接节点等末梢区域设置监测点,监控末梢压力变化,保障远端用户用水均衡。
· 供水分界线处布置:在不同泵站或水源供水的分区边界设置监测点,掌握分区压力衔接情况,便于跨区域供水协调。
· 大流量用户与重要单位周边设置:在大型工厂、医院、学校、政府机关等附近的管网关键节点设置监测点,实时监控局部压力波动,保障重点用户用水稳定。
3.3.2 基于理论法或结合法的计算
· 建立管网水力模型:运用 EPANET 等专业软件,整合管网拓扑、管径、管材、节点流量等基础信息,模拟不同工况下的水流状态与压力分布。
· 计算灵敏度矩阵:通过改变节点流量、管道阻力等参数,计算各节点压力对参数变化的灵敏度,构建灵敏度矩阵。
· 确定候选监测点:对节点灵敏度排序,选择灵敏度较高的节点作为候选监测点,确保其能及时捕捉管网压力异常变化。
3.4 方案评估与优化
3.4.1 评估指标
· 覆盖率:衡量监测点覆盖的管网区域面积占比,或捕捉到的压力变化情况占全网总变化的比例,覆盖率越高,方案越完善。
· 故障诊断准确率:对比监测数据与实际故障排查结果,评估监测点对管道泄漏、阀门故障、泵站异常等问题的定位准确性,为维修响应提供支撑。
3.4.2 经济性评估
· 设备成本:在满足监测需求的前提下,选择性价比高的设备,平衡精度与购置成本。
· 安装成本:综合考虑安装位置的施工难度,核算人工、材料、机械设备租赁等费用。
· 维护成本:优先选择稳定性好、易于维护的设备,降低定期校准、维修、更换零部件及日常巡检的长期成本。
四、设备推荐
在供水管网压力监测点优化布置的实施过程中,设备的选型直接影响监测效果与系统稳定性。例如万宾科技的智能压力监测仪 EN401-PS,该设备专为多场景压力监测设计,适配供水管网的复杂运行环境,核心优势如下:
· 适配性强:支持燃气管、热力管、供水管等多场景监测,采用高精度压力传感器,抗干扰能力强,长期稳定性好,能精准捕捉管网压力细微变化,满足不同区域监测需求。
· 通讯可靠:采用 4G CAT1 通讯方式,覆盖范围广,无需额外布置网关,有效避免现场无信号覆盖的问题;支持数据重传功能,即使在恶劣信号环境下也能保证数据不丢失,确保压力数据实时上传与连续完整。
· 续航持久:内置高性能电池,续航能力可达五年以上,适配供水管网监测点分散、不便频繁更换电池的场景,降低维护成本。
· 配置灵活:支持 BLE/NFC 现场调试与配置,可根据管网实际需求调整采集周期、报警阈值等参数;同时支持远程 OTA 升级与蓝牙升级,便于后期功能优化与系统迭代。
· 存储充足:标配大容量存储空间,可满足长期压力数据存储需求,为趋势分析与故障追溯提供数据支撑。
· 安装便捷:提供壁挂、抱杆等多种安装方式,适配供水管网不同安装场景;配备专用支架与固定配件,安装流程简单高效,可快速完成监测点部署。
五、结论
供水管网压力监测点的优化布置是一项系统性工程,需遵循科学原则,通过数据收集分析、合理选择布置方法、精准制定方案并持续优化,实现以有限监测点覆盖全网压力变化的目标。在实施过程中,结合管网实际情况选用适配的监测设备,可有效提升监测数据的准确性、实时性与可靠性。未来,随着监测技术的不断发展,需进一步融合先进算法与智能设备,持续优化监测点布局,为供水管网的安全、稳定、高效运行提供更有力的技术支撑,保障城市供水质量与民生需求。
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