供水管網(wǎng)的水力水質(zhì)模擬及不確定性研究.pdf

1、供水管網(wǎng)模型是實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)現(xiàn)代化管理的必要手段與途徑,它能實(shí)時(shí)的反應(yīng)供水管網(wǎng)的工況,并為優(yōu)化調(diào)度和科學(xué)管理提供支撐。在構(gòu)建的管網(wǎng)水力水質(zhì)模型中,由于節(jié)點(diǎn)流量、管道阻力系數(shù)、主體水反應(yīng)系數(shù)和管壁反應(yīng)系數(shù)無(wú)法直接測(cè)量,需要通過(guò)實(shí)測(cè)的水壓、流量和水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核,在監(jiān)測(cè)點(diǎn)不足的情況下,如何有效校核水力水質(zhì)模型并提高校核效率是管網(wǎng)研究領(lǐng)域的難點(diǎn)與熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　采用加權(quán)最小二乘法(WLS)對(duì)供水管網(wǎng)模型參數(shù)進(jìn)行校核,其以狀態(tài)量的梯度作為搜

2、索向量,具有收斂迅速,計(jì)算效率高的優(yōu)點(diǎn)。雅可比矩陣的計(jì)算是利用梯度迭代算法實(shí)現(xiàn)參數(shù)校核的關(guān)鍵,以矩陣分析的方法,推導(dǎo)了水力狀態(tài)量的雅可比矩陣的解析式。解析式只需經(jīng)過(guò)一次水力模型計(jì)算就可獲得,避免了擾動(dòng)法在計(jì)算雅可比矩陣時(shí)重復(fù)進(jìn)行水力模型計(jì)算的問(wèn)題。以小管網(wǎng),詳細(xì)介紹了狀態(tài)量雅可比矩陣解析式的計(jì)算,并和擾動(dòng)法計(jì)算的雅可比矩陣進(jìn)行了對(duì)比。雅可比矩陣中還包含參數(shù)敏感度信息,利用雅可比矩陣可以分析參數(shù)對(duì)于狀態(tài)量的敏感度。
　　在用矩陣運(yùn)算

3、獲得雅可比矩陣解析式的基礎(chǔ)之上,WLS可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)流量的實(shí)時(shí)校核。采用WLS對(duì)小管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量進(jìn)行校核,即便是在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差的條件下,校核的節(jié)點(diǎn)流量和真實(shí)值比較接近,校核結(jié)果好?；赪LS對(duì)T鎮(zhèn)供水管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)校核,得到了節(jié)點(diǎn)用水量的變化曲線。校核后的水力模型計(jì)算的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的壓力值和監(jiān)測(cè)管段的流量值與SCADA系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)值的平均誤差分別為0.39m和3.56m3/h,滿足水力模型校核標(biāo)準(zhǔn),水力模擬的結(jié)果較好地反應(yīng)T鎮(zhèn)供水管

4、網(wǎng)實(shí)時(shí)的水力工況。
　　在校核好的水力模型基礎(chǔ)之上,對(duì)T鎮(zhèn)供水管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)水齡特性進(jìn)行了研究。T鎮(zhèn)供水管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)水齡都小于1d,管網(wǎng)水質(zhì)更新較快,水質(zhì)狀況較好。水齡曲線的起端都是斜率為1的直線,位置相近的節(jié)點(diǎn)其水齡曲線形式類似,在選擇水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量包含不同類型水齡曲線的節(jié)點(diǎn)。
　　水質(zhì)的雅可比矩陣是與時(shí)間有關(guān)系的,需要采用擾動(dòng)法計(jì)算其雅可比矩陣,用擾動(dòng)量為0.001計(jì)算的水質(zhì)雅可比矩陣滿足校核精度要求?；赪LS舉例管網(wǎng)余

5、氯反應(yīng)系數(shù)的校核,在舉例管網(wǎng)初始余氯模型計(jì)算值和監(jiān)測(cè)真值之間很小誤差的情況下,仍能快速搜索到余氯反應(yīng)系數(shù)的目標(biāo)值,這是WLS在水質(zhì)模型校核中優(yōu)勢(shì)。利用初步的T鎮(zhèn)供水管網(wǎng)余氯模型對(duì)管網(wǎng)的余氯濃度進(jìn)行了模擬,模擬結(jié)果顯示管網(wǎng)的余氯濃度滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。與實(shí)測(cè)值比較,水質(zhì)模擬結(jié)果整體偏小,T鎮(zhèn)供水管網(wǎng)余氯模型還需進(jìn)一步完善。
　　為了分析輸入量對(duì)于供水管網(wǎng)水力水質(zhì)的不確定性的影響,和尋找供水管網(wǎng)事故預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn),采用蒙特卡羅(MCS)抽樣計(jì)算