WaterGEMS供水方案助力解除巴西水危機

 

　　巴西圣保羅州一半以上的城市由Sabesp供水，其中圣保羅市區(qū)有2000萬居民。長達16個月的干旱持續(xù)威脅市區(qū)主要水源康達雷拉流域的供水，Sabesp迅速采取了行動，避免采取限水措施，引起人們反對或影響經(jīng)濟發(fā)展。Sabesp利用WaterGEMS完成整個給水管網(wǎng)的水力模型的裝配和校準(zhǔn)工作，評估了80個假設(shè)方案，最后選定了一個充分利用供水系統(tǒng)之間相互聯(lián)系的備選方案。該解決方案只需對基礎(chǔ)設(shè)施進行最小幅度的調(diào)整，即可向康達雷拉供水系統(tǒng)送水。Sabesp估計，用WaterGEMS進行建模，尋找解決方案的時間縮短了一半，這也是工程師和建模專家團隊有史以來找到水力解決方案最快的一次。

 

 

　　Sabesp是世界上最大的飲用水及污水處理服務(wù)提供商之一，在366個城市為2480萬客戶供水并為2130萬客戶提供污水處理服務(wù)。這家國有企業(yè)服務(wù)于人口密集型城市，這些城市的供水和衛(wèi)生設(shè)施可能會出現(xiàn)供需不平衡的情況。

 

　　在2013年10月至2015年2月的16個月里，巴西降雨量極少，氣溫也異常高。這造成了圣保羅市嚴(yán)重的缺水問題，水庫水位降至歷史最低水平，水庫只剩很少的儲水量?？颠_雷拉水庫的進水率急劇下降至每秒15立方米，只及以往最低記錄的一半。這種極端干旱天氣讓日常用水離不開康達雷拉水庫的近900萬居民面臨嚴(yán)峻的考驗。干旱引發(fā)了近一個世紀(jì)以來最嚴(yán)重的水危機，于是有人開始呼吁在天氣條件改善、旱情消退之前，立即采取行動，實施新的限水政策。

 

　　Sabesp考慮了每周只供水兩天的極端限水措施。這種措施不僅容易遭到反對，而且對高海拔地區(qū)的客戶而言更無異于是一種懲罰，因為那里的低氣壓本就會限制水流。限水政策帶來的其他問題還包括對公眾健康產(chǎn)生的威脅，例如，低入水量會導(dǎo)致衛(wèi)生設(shè)施和水質(zhì)變差，并會導(dǎo)致對醫(yī)院和消防設(shè)施的供水不足。因此，公司決定進一步整合和優(yōu)化區(qū)域供水系統(tǒng)，也就是人們常說的城市綜合供水系統(tǒng)(SIM)，從而提供更均衡的供水量。

 

 

　　為了找到一款可行的解決方案來為客戶充足地供水，Sabesp投資1.5億巴西雷亞爾啟動了一個項目，即采用WaterGEMS進行水力建模。工程部制定了80個方案，希望從中找到向受影響地區(qū)輸送飲用水的最佳可行方案。水力模型還展示了更有效地利用可飲用水的各種方法，例如，通過更快速地識別和修復(fù)漏損、增加給水管網(wǎng)分區(qū)并細(xì)化獨立計量區(qū)域以及降低水壓來減少耗水量和水資源流失。

 

　　該項目的成功關(guān)鍵在于對復(fù)雜供水系統(tǒng)的精確模擬。由9家水處理廠組成的SIM系統(tǒng)包含177個水庫和1,300公里的管道，能夠以73立方米/秒的速率供水。供水管網(wǎng)包括98個泵站和2.5萬公里的管道，所覆蓋地域的海拔從740米到1100米不等。工程部利用WaterGEMS完成了整個給水管網(wǎng)水力模型的精準(zhǔn)可靠的裝配、校準(zhǔn)和驗證工作。通過接入Sabesp的地理信息系統(tǒng)(GIS)、監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)以及流程信息管理系統(tǒng)(PIMS)，加快了模型裝配過程，而且Sabesp能夠利用這些系統(tǒng)提供的所有信息和數(shù)據(jù)來做出更明智的決策。

 

　　通過水力建模，Sabesp找到了一個對居民影響最小、運營風(fēng)險也最低的方案。在持續(xù)干旱的狀況下，水庫很快就會排空，供水系統(tǒng)的入水量極低。Sabesp向減少用水量的客戶提供獎金激勵，從而幫助減緩康達雷拉水庫的枯竭速度。

 

　　同時，低流量還讓項目方有機會調(diào)整基礎(chǔ)設(shè)施，并更加靈活地從其他供水系統(tǒng)往康達雷拉服務(wù)區(qū)輸送飲用水。

 

 

　　WaterGEMS中的水力模擬確定了可以在最短時間內(nèi)實施的應(yīng)急措施。Sabesp快速執(zhí)行首選計劃，最大限度地降低了給客戶帶來的影響。將水從瓜拉皮蘭加大壩輸送到康達雷拉供水系統(tǒng)水處理廠，往最需要的區(qū)域補充水，從其他供水系統(tǒng)取水，減少水量最少水庫的排水量。

 

　　與此同時，水力建模加速了減少市區(qū)水資源流失計劃的實施，識別并修復(fù)了泄漏設(shè)施，對管網(wǎng)進行分區(qū)，并引入了更多減壓閥來控制可能加劇泄漏的壓力。為了對給水管網(wǎng)進行必要的改善，施工隊將需要穿行在擁擠的道路上，并遵循交通管制，同時減少市區(qū)的大規(guī)模封路。工程部門把這些因素都納入到WaterGEMS分析場景中，最終提出了可在短期內(nèi)完成并最大限度減少交通中斷的解決方案。

 

　　在政府部門撥款預(yù)算有限的情況下，Sabesp必須采取諸如減少水資源流失、修復(fù)管道等措施，同時還得符合相關(guān)的法規(guī)要求。啟動這些工作必須有可動用的資金，而且不能干擾正常運營工作。在盡量減少管網(wǎng)改動并將成本控制在最低水平的情況下，利用WaterGEMS模型計算出了可輸送的最大水量。

 

　　此外，地理參考模型還充分利用了十年間信息和圖像記錄中的有用信息，最終幫助團隊選定了對環(huán)境影響最小的備選方案。

 

 

　　通過在WaterGEMS水力模型中運行多個模擬，Sabesp最終確定了最可行方案，為嚴(yán)重干旱地區(qū)的客戶提供更多水量。盡管存在諸多限制，但整個過程只用了舊方法一半的時間就給出了可以快速實施的有效解決方案。GIS、SCADA和PIMS的集成將數(shù)據(jù)收集時間縮短了70%，模型校準(zhǔn)時間縮短了80%。這些節(jié)省的時間大大加快了Sabesp面對危機時的響應(yīng)速度。

 

　　及時有效執(zhí)行的干預(yù)措施產(chǎn)生了立竿見影的效果。例如，回收并替換那些廢棄的漏水管道增加了瓜拉皮蘭加水庫的泵站向圣保羅的金融和醫(yī)療中心輸送的水量。在瓜拉皮蘭加水庫擴建增壓站，將更大水量引入城市西區(qū)。隨著更大水量從瓜拉皮蘭加大壩注入SIM系統(tǒng)，兩家水處理廠實施了擴建工作，以便為市區(qū)提供更多水源。通過改變控制結(jié)構(gòu)、更新加壓泵等措施有助于進一步整合供應(yīng)商系統(tǒng)，以便更有效地分配有限的供水量。

 

　　Sabesp的重大舉措減輕了市區(qū)對康達雷拉供水系統(tǒng)的依賴，減緩了支流水庫的水位下降。建模增加了供水系統(tǒng)靈活性，從而實現(xiàn)水庫之間水資源的持續(xù)輸送。WaterGEMS幫助工程部驗證想法、評估結(jié)果并做出最有效的調(diào)整。最終，康達雷拉供水系統(tǒng)的取用水量從2013年的33立方米/秒減少到了2015年的13.5立方米/秒。