前言
压力监测是城市供水管网建设远程监控系统的重要部分，通过压力监测，实时掌握供水管网水力运行状态、压力是水厂实施优化调度的重要依据。各级城市供水管网逐步在供水管网中增加了压力监测点，但由于初期设立监测点时往往依据经验设置，随着城市的飞速发展、管网的改造和扩建，以及压力监测数据上传的有效性和实时性不能保证，原有压力监测点的数据已无法满足供水调度的需求。
水厂日常运行管理调度时既要保证用户的水压要求，又要考虑泵站节能和薄弱管道处超压爆管、压力升高造成漏耗等因素。
因此，选择合适的供水管网压力监测点并且建立有效的管网压力实时监测系统，帮助水司企业及时掌握整个管网压力分布情况是非常重要的。优化布置原则考虑压力监测点设置的经济性，需合理设置、优化供水管网压力监测点，以有限点的压力监测数据，反映监测点周围管网节点压力变化，最大程度地反映整个管网压力分布情况。管网压力监测点布置的一般原则包括：
( 1) 压力监测点的布置数量应根据实际管网合理需要及经济决定。
( 2) 分析供水管网的结构和正常运行时的管网压力情况，供水分界线处，理论上是配水最不利区域，在这些地方布置压力监测点，可以很好地监控整个管网工况。
( 3) 分析事故历史数据和用户反映投诉数据，对经常发生事故的区域和供水压力不足的地点设置压力监测点。
( 4) 压力监测点应尽量设在供水干管上，大管径干管交叉点处也应设压力监测点，以确切反映供水管网的实际运行情况。另外，为考察管网能力和校核管网微观分析结果，应在中小管径的节点上适当设置压力监测点。
( 5) 管网末梢等控制点处应布置压力监测点，可以为整个供水系统的优化调度提供辅助决策数据。
( 6) 用水大户或国家重要部门和单位处应设置压力监测点。
( 7) 管网调度敏感点处应布置压力监测点。在水厂送水泵站汇水总管、二次加压泵站前后等对管网调度工况变化反应敏感的地方布置压力监测点，反馈调度后的管网状态。
压力监测点优化布置的实施步骤
3.1数据收集与分析
3.1.1收集管网基础信息管网拓扑结构：基于GIS系统详细梳理供水管网中各管道之间的连接关系，明确哪些管道是串联、并联或者具有复杂分支的情况。清晰呈现各个节点（如管道交汇点、阀门位置、泵站接入点等）与管段的关联，这有助于后续分析压力在整个管网中的传递路径以及不同区域间的相互影响。
管径与管材：管径大小直接决定了管道的过水能力以及在不同流量下的水头损失情况，而管材特性则关乎管道的粗糙度、抗压强度等，进而影响水流阻力和压力变化。比如，较小管径的管道在相同流量下更容易产生较大的水头损失，导致压力下降明显，在监测点布置时需重点关注此类区域。
节点位置：借助地理信息系统（GIS）技术进行标注和管理。这些节点不仅包括管道的连接点，还涵盖了与用户端相连接的位置，是压力变化的关键观测部位。同时，结合节点的空间分布情况，分析其疏密程度，对于合理分配监测点以覆盖不同区域有着重要作用。
用户分布：了解城市中居民用户、商业用户、工业用户等不同类型用水户的分布情况，因为不同用户的用水规律和用水量差异较大，会对周边管网压力产生不同程度的影响。例如，集中的大型工业用户在用水高峰期会对局部管网造成较大的压力波动，所以在其附近合理设置监测点有助于及时掌握这种变化情况。
用水需求：收集不同区域、不同类型用户在不同季节、不同时间段（如工作日与节假日、白天与夜间等）的用水需求数据，分析用水的高峰时段、低谷时段以及平均用水量等情况。这能帮助预测在各种用水场景下管网压力的变化趋势，为确定监测点位置提供依据，确保在用水需求变化时也能全面监测压力情况。
压力变化规律分析：通过统计分析方法，观察不同时间段（按小时、天、月、年等划分）内管网压力的整体变化趋势。例如，分析一天中是否存在早、中、晚等用水高峰时段压力普遍下降，而夜间低谷时段压力回升的规律；或者在一年中，夏季由于居民用水量大增导致整体压力相对较低，而冬季用水量减少压力相对稳定的季节性规律。
低压与高压区域定位：根据长期的压力数据记录，确定经常出现低压情况（低于正常供水压力标准，可能影响用户正常用水）的区域以及偶尔出现高压情况（超出管道安全承压范围，易引发管道破裂等问题）的区域。低压区域可能是由于管网末梢、地势较高或者管径偏小等原因导致，而高压区域可能与泵站扬程设置不合理、局部水锤效应等因素有关，针对这些区域合理增设或调整监测点位置，保障供水安全。
3.2 选择优化布置方法
小型简单管网适用经验法情况：对于规模较小且运行规律相对简单的供水管网，例如一些小型城镇或者工业园区内相对独立、结构不太复杂的供水系统，其用水户类型相对单一，用水高峰和低谷的差异不大，且管网布局清晰明了。在这种情况下，凭借供水部门长期积累的实际管理经验，按照传统的经验法布置原则，如在管网低压区、最不利点、管网末梢控制点、供水分界线处、大流量用户、重要单位等位置设置压力监测点，基本就能满足对管网压力进行日常监测和简单调控的需求。因为这些区域在实际运行中已经被证明是容易出现压力问题或者对整体供水影响较大的关键部位，经验法操作简便且能快速确定监测点位置，节省人力和时间成本。
大型复杂管网采用理论法或结合法的必要性：而对于大型城市的供水管网，其往往覆盖范围广、管径规格多样、管材种类复杂、用户数量庞大且用水需求差异极大，存在多个供水分区以及复杂的相互连接关系，运行工况随季节、时间段变化非常复杂。单纯依靠经验法很难全面、准确地把握整个管网的压力变化情况，无法保证监测点布置的科学性和合理性。此时就需要运用理论法，像模糊聚类分析法、灵敏度分析法等，借助数学模型和算法，从更宏观、更系统的角度分析管网的水力特性和压力分布规律，确定监测点的合理位置。或者采用结合法，将经验法与理论法优势互补，既考虑实际运行中的关键位置，又通过理论计算优化整体布局，以确保能够用有限的监测点实现对大型复杂管网压力的高效、准确监测。
3.3 确定初步布置方案
3.3.1 基于经验法的初步布置低压区监测点设置：通过对以往管网运行中经常出现低压情况的区域进行梳理，例如一些地势较高、管网末梢或者供水距离较远的地方，在这些低压区域内选择具有代表性的节点设置压力监测点。可以结合实际维修记录、用户投诉反馈等信息确定低压问题较为突出的具体位置，一般每隔一定距离（根据管网规模和复杂程度确定，如每隔几百米）设置一个监测点，确保能够全面覆盖低压区域，及时掌握压力回升或进一步下降的情况。最不利点布置：最不利点是指在整个供水管网中，在满足最不利工况（如用水高峰、管网故障等）下，水压最难保证达到规定要求的位置。通常位于管网的末端或者地势最高、供水路径最长的地方。在这些最不利点处设置监测点，能够直接反映出管网在极限运行状态下的压力保障情况，为判断是否需要调整供水策略（如增加泵站扬程、调节阀门开度等）提供关键依据。
管网末梢控制点设置：管网末梢的压力情况直接关系到最远端用户的用水体验，在这些末梢区域的关键节点（如分支管道的末端、与小型用户群连接的节点等）设置监测点，可以实时监控末梢压力变化，避免因距离水源较远而出现水压过低甚至无水可用的情况。同时，根据末梢压力反馈，可合理调整供水分配，保障整个管网供水的均衡性。供水分界线处布置：当供水管网存在不同的供水区域划分（如由不同的泵站供水或者不同水源供水的分区）时，在分界线处设置监测点能够清晰了解不同分区之间的压力衔接情况，及时发现分区之间因水量调配不均、管道老化差异等原因导致的压力失衡问题，便于进行跨区域的供水协调和优化调度。大流量用户周边设置：对于像大型工厂、医院、学校等大流量用户，其用水量大且用水时间相对集中，对周边管网压力影响显著。在这些大流量用户的接入点附近或者其所在管网分支的关键节点设置监测点，能够实时监测因大流量用水导致的局部压力波动情况，一方面保障大用户的正常用水压力需求，另一方面防止其过度用水对周边其他用户造成压力不足的影响，有助于实现精准的供水调控。
重要单位设置：像政府机关、消防部门等重要单位，对供水的可靠性和稳定性要求极高。在这些单位的供水接入节点处设置监测点，确保其供水压力始终处于正常范围，一旦出现压力异常能够迅速响应并采取措施，保障重要单位的正常运转以及在紧急情况下（如火灾时消防用水需求）的用水保障。
3.3.2 基于理论法或结合法的计算建立管网水力模型：首先，依据收集到的管网拓扑结构、管径、管材、节点流量等基础信息，运用专业的水力建模软件（如 EPANET 等）构建供水管网的水力模型，模拟管网在不同工况下的水流状态和压力分布情况。计算灵敏度矩阵：在已建立的水力模型基础上，根据水力学原理，通过改变节点流量、管道阻力等参数，计算每个节点压力相对于这些参数变化的灵敏度值，构建灵敏度矩阵。例如，对于某个节点，当改变其相邻管道的管径或者流量时，观察该节点压力的变化幅度，以此来确定其对不同因素的灵敏度大小。确定候选监测点：对计算得到的各节点灵敏度值进行排序，选择灵敏度较高的节点作为候选监测点。通常，灵敏度高的节点意味着其压力对管网运行工况的变化较为敏感，在这些位置设置监测点能够更及时、准确地捕捉到管网压力的异常变化，为后续的综合分析提供重要参考。
3.4 方案评估与优化
3.4.1 评估指标监测点对管网压力变化的覆盖率：通过计算监测点所覆盖的管网区域面积占整个管网总面积的比例，或者从压力变化角度衡量，分析监测点能够捕捉到的压力变化情况占全网压力变化总情况的比例，来评估监测方案对管网压力变化的覆盖程度。理想的方案应能在不同区域、不同工况下都能全面监测到压力的波动，覆盖率越高，说明监测方案越完善，遗漏重要压力变化信息的可能性越小。
对故障的诊断准确率：当管网出现故障（如管道泄漏、阀门故障、泵站异常等）时，观察监测点所采集到的压力数据能否准确反映故障发生的位置和大致程度，通过与实际故障排查结果对比，统计监测方案对故障的诊断准确率。较高的诊断准确率意味着监测点布置合理，能够及时为维修人员提供准确的故障线索，有助于快速定位和修复问题，减少对供水的影响。
3.4.2经济性设备成本：考虑选用的压力监测设备（包括传感器、数据采集终端等）的采购价格，不同品牌、型号的设备在精度、可靠性等方面存在差异，价格也不尽相同。在满足监测需求的前提下，尽量选择性价比高的设备，降低设备购置成本。安装成本：分析监测点安装过程中涉及的人工费用、材料费用（如管道连接管件、安装支架等）以及施工所需的机械设备租赁费用等。
安装位置的不同（如在地下深埋管道处安装难度较大，成本较高；在地面附近易操作位置成本相对较低）也会影响安装成本，需要综合评估。维护成本：包括设备的定期校准、维修、更换零部件以及日常巡检等产生的费用。一些高精度、复杂的监测设备可能维护要求高，成本也相应增加；而稳定性好、易于维护的设备则能在长期运行中节省维护成本，在评估方案时要充分考虑这一点。
结论供水管网压力监测点的优化布置是一项复杂而重要的工作，关系到供水系统的安全、稳定和高效运行。通过合理选择布置方法，综合考虑管网的各种因素，经过科学的实施步骤，可以确定出最优的压力监测点布置方案。在实施过程中，要注重设备选型、安装施工、数据传输与监控系统建设以及运行维护等环节，确保监测系统能够长期稳定地运行，为供水管网的管理和决策提供准确、可靠的数据支持。随着科技的不断发展，未来可能会出现更加先进的优化布置方法和监测技术，进一步提高供水管网压力监测的水平和效果，保障城市供水的质量和安全。
