关于epanet水力计算软件应用的外文翻译-中文部分

关于epanet水力计算软件应用的外文翻译-中文部分 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 压力管理作为减少漏损和水需求管理的工具 ——津巴布韦Mutare市的案例 a,baaAntony Marunga, Zvikomborero Hoko, Evans Kaseke a津巴布韦大学土木工程学院, P.O. Box MP167, Moleasant, Harare, Zimbabwe bMutare自治市, P.O. Box 910, Mutare, Zimbabwe 摘要: 现在水被认为是一种缺乏～但是根本的资源～水应该以联合的方式管理。现在不能坚持考虑资源发展的传统方法。 供水管理(WDM)是一种新的方法～其目的在于影响供水～从而改进配水效率。 漏损控制和压力管理是某种程度上的供水管理战略。 研究在Mutare市进行并且通过压力管理调查了在漏损控制方面的潜力。由于管网系统陈旧,城市经历高水量损失～25%的错误计量和高系统压力。在研究期间, 城市未计量用水(UFW)平均为57%。在Chikanga的两处具体研究区域里, 未计量用水平均分别为47%和32%。通过压力管理,调查了其中一个区域的漏损减少量。 在这个系统中的正常工作压力是75–80 m. Epanet用于模拟压力分布。 从采集的最小夜间流量(MNF)的结果显示～在77 m工作压力下, 由于漏损未计量用水占25%。,压力从77 m减少到50 m导致在最小夜间流量减少了25%。 压力的进一步减小至50 m以下导致供水服务的恶化。 当压力设臵在30 m.～在最高点就没有了流量。 以这样的工作压力～ 用Epanet得到在最高点压力为-0.84 m的结果。 该水力模型预测, 在此供水系统中50 m的工作压力可作为可接受的最小的压力。 结论为,在该区域里50 m工作压力的系统在压力下管理中最小的夜间流量减少了25%～不会影响供水服务。通过压力管理, 在漏损控制方面有巨大的潜力。 建议用Epanet作为模拟工具, 通过压力管理,调查城市其他地区的漏损量, 应该与其他战略一起考虑替换陈旧的供水管。 关键词: 供水管理; 最小夜间流量; 未计量用水; Epanet; 压力管理; 漏损控制; Mutare市 1. 简介 世界现在认为水是一种缺乏资源和许多非洲城市面临提供他们持续增长人口的充分和能承受的水的挑战。南非人口迅速地增长(Gumbo ,2004)，并且这个区域正面临每单位水(1百万立方米)供应600人的水压力 (Pallett， 1997年， 45)。到2025年,当前在南部非洲发展共同体(SADC)区域内1.9亿的人口预计会加倍，并且该区域将一直面临缺水 (IUCN 2004)。 SADC区域也遭受严重干旱天。 许多在SADC区域的城市不仅不能满足他们的从可利用的资源中水的要求，当前运用还是无效或低效的。 在这些城市里能够明显地展示未计量用水. Ramsey和Mobbs (2001)观察,在非洲未计量用水的水平高达70%。在SADC区域,据Motoho谎称未计量用水在11%和60%之间, Van der Zaag (2003)建议未计量用水为15–25%是可接受的范围。 这样的状况使得一半生活在贫穷基准线以下的人口的区域的社会经济状况更糟(IUCN,2004)。 在这种环境中，它变得越来越增加投资去开发新的水源以满足持续增长的水需求。 对水缺乏问题的解决在于从传统资源的开发转移到供水管理(WDM)，现在供水管理是全球化趋势。Brooks et al. (1997) 和Gumbo (2004)的研究表明，即使供水管理的概念在SADC区域表现很突出，但实际上很少被实施。 这也被Ramsey和Mobbs 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 (2001)所证实,他们观察在非洲少于50%的水公共事业中有供水管理或政策。 这里有几个对供水管理的定义，但是使用最广泛是由IUCN (2002)提出的。,它定义管理方式目的在于通过应用例如管理、技术及在所有空间和机构层面中的社会经济的措施来控制供水，以保存水。经济方面包括水关税，重要的是实施供水管理，观察第四项都伯林原则，这个原则强调即使水是经济商品，支付能力和公正都不应该减弱。Savenije和 Van der Zaag (2002)定义了供水管理就是意味着战略性的发展和实施，为了高效率和可持续使用水资源，以影响供水为目的。 水需求管理不应该与节水混淆，节水是由Beukman(2002)定义的,即在缺水的情况期间，努力节约水; 它是为水在供应不足的短期情况预留的战略，通常适用于干旱天。 在津巴布韦(Gumbo ,2004)，Bulawayo 和 Kwekwe领先在供水管理中，并且对它付股息。 供水管理措施包括工程学方面，更高的关税和通过媒体的公众意识运动。 供水管理的工程学方面包括执行漏水检测和压力管理。Kwekwe城未计量用水从1992年的30%到1996年的14%(Ndamba等， 1999),以及Bulawayo城未计量用水减少到20%以下(Gumbo, 2004). Mutare市，像大多数SADC的城市，经历高未计量用水，高达60%(Gumbo and van der Zaag, 2002)。尽管是很高的水量损失， Mutare市议会(供水代理)都没有一个供水管理战略或政策。该城市也没有供水管理的立法或教育和明确的计划。1992年，在Mutare市主动采取节水措施,并以之作为缓和天旱缺水的措施。这是以通过媒体的公众意识运动的形式取缔橡胶软管和定量配水。 目前，在Sakubva市,由于恶意破坏,所有水龙头持续工作，故采取停止晚上供水的措施,以减少Sakubva市的水损失(Mukheli et al., 2002)。 从2004年11月到2005年4月期间, 在Mutare市执行了这项研究，它通过压力管理作为供水管理工具,调查了水耗和漏损控制的潜力，探索了用水力模拟软件(Epanet)的压力分布的分析作为在压力管理方面的工具。 2. 研究区域 研究是在津巴布韦Mutare市进行的, 津巴布韦是位于南非或中非的一个亚热带国家如图1.所显示。 它的地形高度从除河之外进入莫桑比克地段的海拔197 m到东部丘陵地带Mt. Nyanga山顶的2592 m之间变化。虽然降雨在各地都不同，但该国家的平均降雨量是685 mm/年。 通常东部丘陵地带平均降雨量大约为900mm/年以上。 Mutare市有170,000人口(CSO 2002)，是津巴布韦的第五大城市。 Sakubva是Mutare市最老的高人口密度的郊区，并且估计Mutare市三分之一的人口(主要贫穷)居住在那里。 Chikanga 1，阶段1和2是研究开展的具体研究区域。在阶段1有1522个建筑物，在阶段2有735个建筑物。在这两个区域内水的使用量完全是国内。 第二阶段研究压力管理的人数估计为4400人。 在Chikanga 1的建筑物都被计量了，即使某些计量是不准确的。在阶段1有118个不准确的水表,而在阶段2有163只不准确的水表。 Mutare市有三个水源。 这些是Odzani、Smallbridge湖和Pungwe河。 这些湖有总容量有2.1×107 m3与安全产量为2.0×107m3/yr (54,800 m3/day)。Pungwe河供水 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 图1. 调查的区域 (资料来源: DFID, 2003). 33计划是在2000年3月被提出的，总容量为2.2×107m/yr (60,480 m/day)和安全产量 3为1.6×107m/yr (Gumbo and van der Zaag, 2002, 806)。 三个水源的总产量是4.2 33×107m/yr (115,000 m/day)。三个水源的水由重力流动到Odzani的处理构筑物，Odzani距离Christmas Pass. Odzani水处理构筑物大约为26 km，Christmas Pass. Odzani 33的新旧水处理构筑物处理能力分别为20,000 m/day和45,000 m/day。 处理后的水流 3向Christmas Pass水库，进一步流向其他13个水库，其总容量大约为75,000 m。 供水覆盖面在城市边界之内的是100%，即使一些区域由于进水总管不当造成整天没有水，所以现在这些管道需要改善。 管网的服务能力是86%，水塔是14% (Gumbo, 2004)。被计量的连接部分的百分比是70%。国内用水占水的总产量的70%。在Sakubva，故意破坏共同的供水点是常见的，并且水在一天24小时内一直都在损失。城市里有25%的水表坏了，只有对流量进行估计。 大多数供水管网是很陈旧的(超过25 年)和由于地形的本质导致大多数管网被迫处于高压系统。 3.材料和方法 Mutare市供水数据的收集要集中在管网和供水的状况，并且实地进行供水测量。 3.1. 未计量用水 分析了2002年1月到2005年4月整个Mutare市的水处理量和用水量，并且进行了水量平衡。在Chikanga，阶段1和阶段2.的高密度郊区，更详细地进行了水量平衡，这由测量进入该区域水的容量和付水费的水消耗量共同完成的。 3.2. 漏损估计 阶段2选择了压力和流量测量，因为它装有一个减压阀 (PRV)和一只大量程水表。由于没有工业，在阶段2的用水完全是生活的。 大用户的存在将需要分开观察。从使用的数据列表取得压力和流量测量中得到最小夜间流量(MNF)。2005年3月9日到3 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 月29日，将减压阀完全打开(平均压力为77 m); 2005年3月29日到2005年4月4日，将压力调整到45 m得到流量和压力，从数据列表读取数据，然后下载到计算机中进行分析。 3.3. 压力对漏损的作用 为了确定压力对漏损的作用，从2005年4月11日到4月30日，对流量和压力测量得到不同的压力。 首先减压阀完全打开并逐步将压力减少到30 m。 记录的压力是77 m、75 m、65 m、50 m， 40 m和30 m. 3.4。 压力对配水系统的作用 压力对配水系统的作用是由桶装实验决定的，桶装实验是在用水高峰期间所有建筑物的最高和最低点进行的。记录填装一个容积为10L的桶的时间，首先只开一个水龙头将桶里放满水，接着打开一个淋浴龙头和两个水龙头同时放水。进行这个开放两个水龙头的实验是因为大多数建筑物在浴室里都有一个淋浴龙头和两个水龙头，一个在厨房，另一个在外面(主要由寄宿人使用)。 在用水高峰期，这个淋浴龙头和两个水龙头都会开放。 3.5. 水力模拟 Epanet 2.0是一种水力模拟软件，用于模拟不同压力下在某供水区域内不同流量和压力的模式。交点海拔是从间隔为1m的等高线布局图上估计得到的。各个节点基本需 3水量是由每天每个建筑物消耗1m 水计算出来的。Epanet 2.0也被用于确定减压阀最小压力的设置，这样的设置可以确保在最大小时流量下能够维持系统的最小富余压力有10m。许多用于水力分析的模拟工具都选择了简洁的海曾-威廉斯。海曾-威廉斯系数为130和140分别适用于AC管和PVC管。 在Epanet模型中， 减压阀是被可以调整所需压力的水箱模拟的，而不是水箱的海拔。从采集到的流量数据中得到了所需求的样式。 在使用EPANET模拟时，假设在研究区域内耗水量在空间上没有变化。 4. 结果与讨论 4.1. 未计量用水 4.1.1. 对Mutare市未计量用水的估计 图2显示2003日1月到2005年4月Mutare市的未计量用水. 从2003年1月到2005年4月之间的月变化量显示未计量用水量数值维持在48–64%范围内. 在研究期间，未计量用水平均为57%，在2004年11月到2005年4月期间大约每月处理水量的1,150,000 333m 未被计量. 基于水充分的回收成本费用是Z$2800/ m (US$0.3/ m)，损耗的水转化为每月损失Z$32亿(US$356,000)。 因此可以总结为,未计量水量由Gumbo (2004)进行的研究中得到的52%值的基础上在逐渐增加。 4.1.2. 在Chikanga阶段1的研究区域对未计量用水的评估 这些水量的结果核查阶段1和阶段2，这两个阶段是在2005年2月到4月进行的,结果如表1和表2所示.在那之前，大水表是有毛病的，不能读取数据。阶段1 的未计量用水平均为47%,而阶段2平均为32%。 阶段1比阶段2的未计量用水量高，可以用管网不同的使用年限解释这种情况,其使用年限分别为15年和10年。 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 图2.Mutare.市总产水量,付费水量和未计量水量 表1.对 Chikanga 1阶段1的校核 月份 2005.2 2005.3 2005.4 平均 3桶装实验耗水量(m) 81,704 92,130 81,390 85,075 3支付费用的耗水量 (m) 41,368 44,703 46,823 44,298 3未计量用水量(m) 40,336 47,427 34,567 40,777 未计量用水所占比例(%) 49 51 42 47 表2.对Chikanga 1阶段2的校核 月份 2005.2 2005.3 2005.4 平均 3桶装实验耗水量(m) 20,701 26,824 27,350 24,960 3支付费用的耗水量 (m) 14,948 18,398 16,726 16,691 3未计量用水量(m) 5753 8426 10,624 8268 未计量用水所占比例(%) 27 31 39 32 4.2.阶段2的漏损评估 2005年3月9日到19日,通过调整减压阀读取系统中最小的压力来记录流量和压力的测量. 记录的压力在75.6 m和78.7 m之间波动,平均为76.7 m。 流量测量结果如图3所示，最小流量为4 L/s。 漏损量的计算在表3–7.里被详细列出,正如由Mckenzie (2002)所建议的。 从表7中可知,对阶段2来说由于漏损产生的未计量用水量为25%. 4.3. 压力对漏损量的影响 2005年4月11日到30日在野外实验,对各种各样设定的压力进行实地测量,结果如图4所示，图4显示从4月11日到19日，减压阀完全打开时，夜间压力在75m到80m之间波动。4月27日到29日，将减压阀的压力设置为30m时,居住在高地上的用户抱怨供水服务很糟糕，因为他们在用水高峰期得不到水。4月29日不得不把减压阀的压力重调到40 m。 在不同设置的压力下夜间最小压力如表8.所示。 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 图3.2005.3.9-3.19对阶段2的流量和压力测量 表3.来自(Mckenzie, 2002)的漏损参数 描述 值 连接部分的后台水损失 3 L/connection/h 夜间活动人口百分比 6% 用于洗手间储水池的水量 10L 按每户6人估计的人口 4400 建筑物的后台水损失 1 L/property 后台损失压力方次数 1.5 破裂或漏损压力方次数 0.5 表4. Chikanga 1阶段2的夜间流量基本数据 描述 值 干管长度 7500 m 连接部分数量 735 建筑物数量 735 估计人口 4400 地区平均夜间压力 77 m 3压力为77 m 时测得的最小夜间流量 14.40 m/h 3压力为77 m 时测得的最小夜间流量 10.80 m/h 表5. Chikanga 1阶段2时正常夜间用水量的估算 描述 计算 值 3夜间生活用水量(DNU) 4400 * 6% * 10 L/h 2.64 m/h 3压力为50m 时所期望的建筑水损失 735 * 1 L/h 0.74 m/h 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 表6. Chikanga 1阶段2,压力为77 m时水损失的估算 描述 计算 值 3夜间生活用水量(DNU) (来自表5) 2.64 m/h 3所期望的建筑水损失 (EPL) (77/50)*1.5* 0.74 1.4 m/h 3所期望的总最小夜间流量 DNU + EPL 4.04 m/h 3测量的最小夜间流量 14.40 m/h 3压力为77 m 时夜间流量 14.40–4.04 10.36 m/h 表7. Chikanga 1阶段2,漏损估计 描述 计算 值 3压力为77 m 时夜间水损失 (From Table 6) 10.36 m/h 3调整每小时水损失 (20/24) * 10.36 8.63 m/h 3调整每天水损失 8.63 * 24 207 m/day 对2、3、4月份总区域的水损失 20,701 + 26,824 + 27,350 74,875 (来自表2) 3测量的区域平均流量 74,875/89 841 m/day 由于漏损造成的未计量用水比例 207/841 * 100 25% 图4. 阶段2,2005.4.11-4.30的流量和压力的测量 通常，系统压力的减少导致夜间最小压力的减少。 从77 m到 50 m(提供可接受的剩余压力)按35%减少压力导致平均流量为1 L/s (对夜间最小压力按25%减少)，转 33化为72 m/day (2160 m/month或Z$6.05百万或US$670/月)。因此可以推断从减少压力的系统中可以了解重要的储蓄。 4.4. 压力对配水系统的作用的评估 桶装实验的结果(见表9)表明，尽管压力减小，在最低点的建筑物仍具有良好的工作水头; 然而相反在最高点的建筑物却极大地受到压力的影响，当压力减少了到30 m.时就没有水供应了。当减压阀的压力设置为40m，即使压力较低但用户不会抱怨;但是，当压力调整到30m时，用户就不能接受了。填充时间的样式不是一成不变的，而是随压力的减小而增加。这个原因可能是在研究区域内水的用途在空间上的变化。通常，在最 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 高点的填装时间要比最低点的时间长。 表8. Chikanga 1阶段2,各种压力下各最小夜间流量的总计 压力(m) 最小夜间流量 (L/s) 日期 77 4 16/04 75 4 19/04 65 4 19/04 50 3 21/04 40 2 24/04 30 2 27/04 表9. Chikanga 1阶段2,桶装实验结果的总结 平均压力 最大流量 在供水高峰期装满一个 10 L的桶所需时间 (m) (L/s) 最高点 最低点 日期 打开一 打开两个龙头 打开一 打开两个龙头 个龙头 和一淋浴喷头 个龙头 和一淋浴喷头 75 25 50 NM 21 NM 16/04 65 23 41 NM 21 NM 19/04 50 22 66 84 22 42 21/04 40 25 77 85 24 46 24/04 30 19 No flow No flow 22 40 28/04 4.5. 使用Epanet 2.0水力模拟 表10显示的是在海拔为1078.7 m的最高点和海拔为1052.1 m的最低点各自压力分布。当件压阀将压力设置为30m时，在最高节点得到一个负压，而在最低节点得到的压力为21.66m。这个结果符合桶装实验的结果，如表5所示。保证可以接受的最小压力在40m-50m之间。然而实际模拟的结果表明，50m是可以接受的最小压力，在最大小时流量为25 L/s 时，，该压力可以提供10m的富裕水头。图5显示的是，将减压阀压力设置为30m时处于较高地势的区域的压力分布，最高点的压力不得不为-0.84 m。 实际测量期间最大小时流量为25 L/s，当流量为25 L/s时将减压阀的压力设置为50m，此时在最高点的压力模拟结果如图6所示。 表10. Chikanga 1阶段2,从Epanet 2.0得到的结果 平均减压阀 流量 (L/s) 调整水箱 压力 (m) 压力 (m) 海拔(m) 最低点 最高点 75 25 1137.9 52.79 34.09 65 23 1127.9 51.32 30.58 50 22 1112.9 38.27 17.06 40 25 1102.9 22.2 2.44 30 19 1090.9 21.66 -0.84 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 图5.最大供水量为19L/s时将减压阀压力设置为30 m,在最高点EPANET运行的结果 图6.最大供水量为25 L/s时将减压阀压力设置为50 m,在最高点EPANET运行的结果 5. 结论与建议 5.1. 结论 1.在研究期间发现，该城市当前的位计量用水平均为57%，和其他城市地区相比这个值很高，这个值超出可接受的未计量用水比例25%的100%还要多。在Chikanga的研究区域内， 阶段1和阶段2的未计量水分别为47%和32%。 发现造成水耗的原因是水管爆裂或泄漏以及错误计量。 2. 通过在研究区域里阶段2的压力管理，对减少漏损具有很大的潜力。减少35%的压力导致漏损减少25%，在这个城市的其他地方，有许多种方法，包括减小压力，特定的水管使用恰当的流速，更换陈旧的水管。 3.从研究的结果也证明，压力管理的实施中用EPANET作为制定政策的工具具有很大的潜力。 5.2. 建议 (1) Mutare市应该加紧实施供水管理计划，并且首先主动采取供水管理的战略性措 江苏工业学院环境与安全工程系——陈龙飞翻译 施，那样就不要求大资本投资了。投入的资金可以从实施供水管理得到的利益中收回。 为了这个计划更有效的进行，该市需要对供水管理制定一项恰当的政策。 (2)应该有规律的进行水量监测，并且逐步扩展到其他没有要求管网改造的地区。 这应该频繁地对夜间最小流量一起进行测量，以核实要求迫切关注的地区。从转输管线 和水库中的水耗也需要计量，这就叫作转输管线的计量。 (3)使用EPANET对管网模拟可以实现计量和压力划分，压力管理应该也要扩展到其 他地区。安装在所有地区的减压阀都应该将其压力调整到最大的压力。 (4)损坏的水表更换项目应该开始实施了，这要视未计量用水的减少量而定。 (5)压力减小造成的影响的认真监测应该不仅包括夜间流量和漏损水量，还应该包 括影响支付水费的水。 (6)最后，该城市应该连同其他供水管理措施一起开始进行更换陈旧水管的项目， 因为极大的节约是由减少水耗来实现的。 致谢 作者们非常感谢Mutare市议会允许进行这项研究以及市政府官员提供的支持。 参考文献 Beukman, R., 2002. 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