WaterGEMS工程优化，让百年供水管网继续服役到下个世纪

WaterGEMS工程优化，让百年供水管网继续服役到下个世纪

MidCoast Water 为澳大利亚新南威尔士州格洛斯特周边的 4万户居民提供生活用水及污水处理服务。另外还需要向其他地区提供80 亿公升的清洁饮用水。

2011 年，MidCoast Water 开始接手该地区的供水及污水处理业务。在这个地区，给水管网的历史可追溯到 1914 年，包含三个水库和七个升压泵。由于整个给水系统依赖升压泵，而升压泵会随着下游压力的变化打开或关闭，造成居民用水的水压不稳，常常出现波动。

水泵和管道故障也常常引发断水。有一次，格洛斯特曾在 24 小时内出现了十一处管道破裂和一处泄露，让居民们陷入连续多日缺水的窘境。

MidCoast Water 希望能够有一个解决方案，不但可以提高供水服务的水平，同时还能减少给水系统对升压泵依赖，并达到减少运行系统所需能耗的需求。借助WaterGEMS，MidCoast Water 得以对一百多个可能出现的场景进行评估，进而选出在提高网络性能的同时，最大限度减少能源利用的最佳解决方案。

给水管网工程挑战

格洛斯特的给水管网南北延伸 15 公里，沿途多丘陵，海拔超过 60 米。给水系统的最高点位于北部和南部，还有几处中间高点。现有的三个水库所在高度均不足以在整个管网内提供足够均一的水压。目前，七个升压泵是提供足够水压所必须的。如果没有水泵，大多居民家中的水压将降低，一些居民甚至无水可用。

升压泵提供的水压并没有高海拔水库那么可靠。

根据澳大利亚给水协会 (WSAA) 供水规范，升压泵应仅用于提高水压，而不应作为供水至所需服务级别的唯一途径。

现有的给水系统也包含近 30 公里的石棉水泥管，这些水泥管于 20 世纪 30 年代至80 年代铺设。目前工作人员正在替换这些管道，但项目的完成还需要很多年。由于大部分管道状况较差，系统内水压必须维持在相对较低水平（相对于通常的最大所需压力），因而对解决方案设计添加了又一制约因素。

轻松实现水力模型构建

MidCoast Water 利用其数据库中的资产信息，使用WaterGEMSModelBuilder功能，开发出了水力模型。将格洛斯特给水系统移交给MidCoast Water 时获取的给水管网资产信息比较零散，有一些数据缺失和数据错误，包括海拔、管道材料和直径。使用WaterGEMS针对提取地形海拔的TRex功能，以及使用高空激光测量获取的半米等高，使海拔数据缺失的问题得到解决。

MidCoast Water 的规划工程师 Tracey Hamer 解释：“这为开发可行的水力模型提供了可靠基础。WaterGEMS 及其强大的数据库被用于建立、分析和比较各种方案，包括未来需求和消防水耗方案。”

使用工程优化选取实现最佳决策

为确定最佳方案，MidCoast Water 使用WaterGEMS制定了一百多个可能出现的场景，评估不同水库高度、减压阀位置和用水需求的组合。借助WaterGEMS，MidCoast Water 可以对比各种方案的能源利用，包括不采取任何措施的方案（尽管这并不是可行方案）。WaterGEMS也分析了不同海拔的大型水库和系统内安装不同数目减压阀 (PRV) 的各种方案。位置较高的水库因其系统内压力区的数量而需要更多的减压阀，由于抽水至水库需要更多的能源，因此这种方案在持续能源成本和碳排放量方面要求较高。WaterGEMS的方案比较功能，帮助MidCoast Water 发现了能源利用和水库数量之间的良好平衡。

使用水力模型提供的信息，MidCoast Water 得以根据模拟客户经历的压力、管道速度、资金费用以及持续的运营及维护成本（包括能源成本）因素，选择一种可持续发展的解决方案。

最佳解决方案的选择过程

接受评估的方案要求 700 到 1,000 万澳元的初始费用，还不包括对现有系统的小额支出，用以对现有水库进行维护。MidCoast Water 选择的解决方案包括，建造两座新水库代替原有三个供水不足的水库，以及建造两个总管道将新水库连接到污水处理厂和现有的给水系统。该方案还包括将七个中间泵站中的六个进行报废，安装一个减压阀，并升级一些管道。

Hamer 解释：“WaterGEMS提供的方案分析帮助我们确定并测试能够满足项目目标的多个方案。之后，我们进行了净现值 (NPV) 分析以比较所有可行方案。分析在WaterGEMS之外执行，但利用了水力模型提供的诸多信息，如能源利用、管道直径和长度等进行成本估算。使用WaterGEMS进行方案分析和比较，使我们找到了未来 50 年净现值最低 (4%) 的方案。”

Hamer 总结说：“这个过程使我们相信，我们选择的方案能带来最大的投资效益，同时为客户提供相应的服务。”

提高投资回报

系统改进完成后，由于能耗需求降低，MidCoast Water 将实现持续运营及维护 (O&M) 成本的降低。预计，每年运营及维护成本降幅将超过 75%。未来 50 年，系统的改进将使运营及维护成本的净现值降低超过 80%（主要是由于能源成本降低，同时也在于水泵维修和管道破裂减少）。系统中的蓄水量也将上升，从而补充供水系统确保供水量。

项目交付时间和成本降低

使用WaterGEMS分析和比较一百多个方案，将项目用于勘察、方案选择和概念设计的时间从数月缩短至数周，时间成本大大降低。此外，使用WaterGEMS使MidCoast Water 显著减少了完成概念设计的时间，从而降低了项目交付的成本。概念设计成本是 15,700 澳元，如果手动进行方案分析，则可能高达 95,000 澳元。

“WaterGEMS模型提供的信息，让我们可以为格洛斯特给水管网选择可持续发展的最优策略，并将这种策略转变成客户体验，无论是在未来，还是现在，都能确保我们的服务水平。”

– MidCoast Water 的规划工程师 Tracey Hamer