摘要：面對(duì)給水管網(wǎng)工程的挑戰(zhàn)，MidCoast Water 利用其數(shù)據(jù)庫中的資產(chǎn)信息，使用WaterGEMSModelBuilder功能，開發(fā)出了水力模型，實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)營(yíng)及維護(hù) (O&M) 成本的降低。
MidCoastWater為澳大利亞新南威爾士州格洛斯特周邊的4萬戶居民提供生活用水及污水處理服務(wù)。另外還需要向其他地區(qū)提供80億公升的清潔飲用水。
2011年，MidCoastWater開始接手該地區(qū)的供水及污水處理業(yè)務(wù)。在這個(gè)地區(qū)，給水管網(wǎng)的歷史可追溯到1914年，包含三個(gè)水庫和七個(gè)升壓泵。由于整個(gè)給水系統(tǒng)依賴升壓泵，而升壓泵會(huì)隨著下游壓力的變化打開或關(guān)閉，造成居民用水的水壓不穩(wěn)，常常出現(xiàn)波動(dòng)。
水泵和管道故障也常常引發(fā)斷水。有一次，格洛斯特曾在24小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)了十一處管道破裂和一處泄露，讓居民們陷入連續(xù)多日缺水的窘境。
MidCoastWater希望能夠有一個(gè)解決方案，不但可以提高供水服務(wù)的水平，同時(shí)還能減少給水系統(tǒng)對(duì)升壓泵依賴，并達(dá)到減少運(yùn)行系統(tǒng)所需能耗的需求。借助WaterGEMS，MidCoastWater得以對(duì)一百多個(gè)可能出現(xiàn)的場(chǎng)景進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而選出在提高網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)，最大限度減少能源利用的最佳解決方案。
給水管網(wǎng)工程挑戰(zhàn)
格洛斯特的給水管網(wǎng)南北延伸15公里，沿途多丘陵，海拔超過60米。給水系統(tǒng)的最高點(diǎn)位于北部和南部，還有幾處中間高點(diǎn)?，F(xiàn)有的三個(gè)水庫所在高度均不足以在整個(gè)管網(wǎng)內(nèi)提供足夠均一的水壓。目前，七個(gè)升壓泵是提供足夠水壓所必須的。如果沒有水泵，大多居民家中的水壓將降低，一些居民甚至無水可用。
升壓泵提供的水壓并沒有高海拔水庫那么可靠。
根據(jù)澳大利亞給水協(xié)會(huì)(WSAA)供水規(guī)范，升壓泵應(yīng)僅用于提高水壓，而不應(yīng)作為供水至所需服務(wù)級(jí)別的唯一途徑。
現(xiàn)有的給水系統(tǒng)也包含近30公里的石棉水泥管，這些水泥管于20世紀(jì)30年代至80年代鋪設(shè)。目前工作人員正在替換這些管道，但項(xiàng)目的完成還需要很多年。由于大部分管道狀況較差，系統(tǒng)內(nèi)水壓必須維持在相對(duì)較低水平（相對(duì)于通常的最大所需壓力），因而對(duì)解決方案設(shè)計(jì)添加了又一制約因素。
輕松實(shí)現(xiàn)水力模型構(gòu)建
MidCoastWater利用其數(shù)據(jù)庫中的資產(chǎn)信息，使用WaterGEMSModelBuilder功能，開發(fā)出了水力模型。將格洛斯特給水系統(tǒng)移交給MidCoastWater時(shí)獲取的給水管網(wǎng)資產(chǎn)信息比較零散，有一些數(shù)據(jù)缺失和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，包括海拔、管道材料和直徑。使用WaterGEMS針對(duì)提取地形海拔的TRex功能，以及使用高空激光測(cè)量獲取的半米等高，使海拔數(shù)據(jù)缺失的問題得到解決。
MidCoastWater的規(guī)劃工程師TraceyHamer解釋：“這為開發(fā)可行的水力模型提供了可靠基礎(chǔ)。WaterGEMS及其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫被用于建立、分析和比較各種方案，包括未來需求和消防水耗方案。”
使用工程優(yōu)化選取實(shí)現(xiàn)最佳決策
為確定最佳方案，MidCoastWater使用WaterGEMS制定了一百多個(gè)可能出現(xiàn)的場(chǎng)景，評(píng)估不同水庫高度、減壓閥位置和用水需求的組合。借助WaterGEMS，MidCoastWater可以對(duì)比各種方案的能源利用，包括不采取任何措施的方案（盡管這并不是可行方案）。WaterGEMS也分析了不同海拔的大型水庫和系統(tǒng)內(nèi)安裝不同數(shù)目減壓閥(PRV)的各種方案。位置較高的水庫因其系統(tǒng)內(nèi)壓力區(qū)的數(shù)量而需要更多的減壓閥，由于抽水至水庫需要更多的能源，因此這種方案在持續(xù)能源成本和碳排放量方面要求較高。WaterGEMS的方案比較功能，幫助MidCoastWater發(fā)現(xiàn)了能源利用和水庫數(shù)量之間的良好平衡。
使用水力模型提供的信息，MidCoastWater得以根據(jù)模擬客戶經(jīng)歷的壓力、管道速度、資金費(fèi)用以及持續(xù)的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本（包括能源成本）因素，選擇一種可持續(xù)發(fā)展的解決方案。
最佳解決方案的選擇過程
接受評(píng)估的方案要求700到1,000萬澳元的初始費(fèi)用，還不包括對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的小額支出，用以對(duì)現(xiàn)有水庫進(jìn)行維護(hù)。MidCoastWater選擇的解決方案包括，建造兩座新水庫代替原有三個(gè)供水不足的水庫，以及建造兩個(gè)總管道將新水庫連接到污水處理廠和現(xiàn)有的給水系統(tǒng)。該方案還包括將七個(gè)中間泵站中的六個(gè)進(jìn)行報(bào)廢，安裝一個(gè)減壓閥，并升級(jí)一些管道。
Hamer解釋：“WaterGEMS提供的方案分析幫助我們確定并測(cè)試能夠滿足項(xiàng)目目標(biāo)的多個(gè)方案。之后，我們進(jìn)行了凈現(xiàn)值(NPV)分析以比較所有可行方案。分析在WaterGEMS之外執(zhí)行，但利用了水力模型提供的諸多信息，如能源利用、管道直徑和長(zhǎng)度等進(jìn)行成本估算。使用WaterGEMS進(jìn)行方案分析和比較，使我們找到了未來50年凈現(xiàn)值最低(4%)的方案。”
Hamer總結(jié)說：“這個(gè)過程使我們相信，我們選擇的方案能帶來最大的投資效益，同時(shí)為客戶提供相應(yīng)的服務(wù)。”
提高投資回報(bào)
系統(tǒng)改進(jìn)完成后，由于能耗需求降低，MidCoastWater將實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)營(yíng)及維護(hù)(O&M)成本的降低。預(yù)計(jì)，每年運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本降幅將超過75%。未來50年，系統(tǒng)的改進(jìn)將使運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本的凈現(xiàn)值降低超過80%（主要是由于能源成本降低，同時(shí)也在于水泵維修和管道破裂減少）。系統(tǒng)中的蓄水量也將上升，從而補(bǔ)充供水系統(tǒng)確保供水量。
項(xiàng)目交付時(shí)間和成本降低
使用WaterGEMS分析和比較一百多個(gè)方案，將項(xiàng)目用于勘察、方案選擇和概念設(shè)計(jì)的時(shí)間從數(shù)月縮短至數(shù)周，時(shí)間成本大大降低。此外，使用WaterGEMS使MidCoastWater顯著減少了完成概念設(shè)計(jì)的時(shí)間，從而降低了項(xiàng)目交付的成本。概念設(shè)計(jì)成本是15,700澳元，如果手動(dòng)進(jìn)行方案分析，則可能高達(dá)95,000澳元。
“WaterGEMS模型提供的信息，讓我們可以為格洛斯特給水管網(wǎng)選擇可持續(xù)發(fā)展的最優(yōu)策略，并將這種策略轉(zhuǎn)變成客戶體驗(yàn)，無論是在未來，還是現(xiàn)在，都能確保我們的服務(wù)水平。”
–MidCoastWater的規(guī)劃工程師TraceyHamer
