水力模型在城市生命线工程中的应用
01、何为 “ 城市生命线 ” ？
近两年，“城市生命线”这个词越来越成为一个热词，并受到政府和市民的广泛关注。
“生命线工程”指对社会生活、生产有重大影响的交通、通信、供水、排水、供电、供气、输油等工程系统，它原起源于抗震工程，现在运用到城市建设中，并形象地勾勒出这一类工程的共性特点：都是以网络系统的形式存在，并在空间上覆盖很大的区域范围。
城市生命线工程特别强调和突出预防和安全，江苏省就围绕这个目标首先确定了燃气爆炸、城市内涝、供水爆管、桥梁倒塌、路面塌陷、地下管线交互风险、第三方施工破坏7个场景，实现城市地下可感知、可预警和风险快速处置。
水是生命之源，城市供水系统不言而喻成为生命线工程中重要的组成部分，对维持正常的社会生活、生产秩序和公共安全至关重要。如果发生主干管“爆管”，极易引起全城供水危机，交通瘫痪等。作为地下工程，供水系统爆管一直是城市运行和管理的一个痛点和难题。生命线工程也是希望探索一套方法来更好地预防和处理供水爆管问题。
02、水力模型在供水生命线中的应用
一个供水系统由水源、水厂、泵站和管道等设施，共同组成一个运行网络。建立科学的供水生命线工程，一方面需要增加监测神经元，而更重要的是需要借助系统分析的方法，持续保持工程的安全运行、及时发现异常并辅助问题排查处置，这就离不开管网水力模型。
在供水生命线场景中，水力模型主要有以下几个应用场景：
爆管预警定位
当发生自然爆管或第三方破坏时，系统及时报警，并提供爆管位置的预定位，结合数据分析辅助运营人员快速定位目标，减少事件对城市运行的影响。
关阀影响分析
提供需要关闭的阀门，并评估关阀后对管网运行、小区甚至用户用水的影响。这可以运用于应急处置，也可以用于预案设计和模拟。
污染物扩散处置
提供污染物扩散模拟以及处置方案，以最大程度减少污染物的影响。
精准推送用户
通过与用户点的挂接和客服系统的对接，可以根据用户用水影响评估结果，对用户进行信息的精准推送，减少用户用水的影响，提高供水服务质量。
03、应用案例
爆管预警和定位是生命线工程中难度最大和关注度最大的课题。慧水科技在产品开发和项目实践中也做了一些探索。在WaterDesk®-Live实时在线系统中，系统利用算法查找距离爆管点最近的监测点，来缩小爆管定位范围。
福州
福州在线模型系统覆盖整个主城区管网，管网和用户密度大，系统已经多次成果捕捉并定位爆管点。
在今年10月1日晚上，由于第三方挖断引起爆管。系统触发一个爆管事件，这个事件包含10个相关报警点并推荐了一个优先级最高的点位。 这个报警点距离实际爆管点位置仅800米。
常熟
常熟是一个城乡一体化供水的管网，除了主城区外，还通过长距离输水干管将水输送至各个镇区。供水范围内河道众多，地下水位较高，因此这些管网的爆管往往较为隐蔽，爆管定位不易察觉。2020年12月14日，常熟在线系统报警爆管，多个相关性高的压力监测点实时监测数值下降超过8米，区域流量增加近了3000立方米/小时，根据系统报警，管网维护人员到现场找到了爆管点。
是不是只有在线系统能够发现漏损呢？也不然，漏损本质上还是一种水力学现象，只要其流量达到模型的敏感度，就可能被发现。
中山
在中山某镇离线模型校核的过程中，模型工程师发现有一段管段的模拟压力比监测压力高3-4m，一开始怀疑有阀门未打开或者存在漏损。在模型中，两种工况都可以校核准确（漏损假设的校核结果更好），但是由于没有流量数据，尚无法确认。水司在该管道上安装总表后，我们可以判定该管道上存在80-100立方米/小时的漏点，并提供了高优先级的区域。水司现已找到三处漏点，流量达到30立方米/小时，并还在继续查找剩下的漏点。
放置爆管流量前：
放置爆管流量后：
现场排查漏点：
04、展望
在城市生命线工程中，水力模型将是保障安全供水必不可少的计算引擎和智慧中枢。当然，目前不管是产品形态还是智能算法，与我们的愿景还有不少差距，需要继续不懈努力。
展望未来智慧城市运行，在线水力模型必将成为整个城市大脑中的一个重要构件，并结合更多元的外部信息和数据，感知城市脉动，共同守护城市安全。
