基于信號處理算法的供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型研究.pdf

1、供水管網(wǎng)漏損造成巨大的水資源浪費、降低了供水企業(yè)收益，而物理漏損又是漏損的主要部分，研究供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型，對于指導(dǎo)供水管網(wǎng)漏損控制、特別是合理評估壓力管理作用，有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值?，F(xiàn)階段，以指數(shù)類模型為代表的模型由于缺乏校核所需數(shù)據(jù)，在工程應(yīng)用中效果并不理想。因此，如何用新的理論和方法豐富和完善供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型是供水管網(wǎng)漏損控制的重要研究內(nèi)容。本文研究供水管網(wǎng)由局部到全局，借助于運行工況實驗，首先研究

2、單個漏點的漏損指數(shù)取值規(guī)律，進(jìn)而采用信號處理算法建立了供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型。
　　通過實驗研究了漏點漏損穩(wěn)定性、漏點特性、管道粘彈性、出流條件對物理漏損的影響；通過承壓管道的應(yīng)力分析，綜合分析漏點塑性形變與彈性形變，經(jīng)過公式推導(dǎo)，建立了改進(jìn)FAVAD模型，該模型中的參數(shù)物理意義明確，能有效指導(dǎo)漏損控制；針對同水頭下升壓過程比降壓過程物理漏損流量要小的實驗現(xiàn)象，提出了降-復(fù)壓漏損控制技術(shù)，建立了降-復(fù)壓漏損控制模型，并用粘彈

3、性理論對模型機(jī)理做了闡釋。綜合實驗研究及模型分析，漏損指數(shù)取值規(guī)律為：圓形、矩形、弧形漏口為0.5~0.6；軸向裂縫為0.5~2.5，環(huán)向裂縫為0.5~1.5；對于軸向裂縫和不固定管道上的環(huán)向裂縫，管道內(nèi)徑越大、管道壁厚越小、彈性模量越小，則漏損指數(shù)取值越大。物理漏損流量與水頭的關(guān)系是復(fù)雜的，由于漏損穩(wěn)定性、管道粘彈性，兩者具有不確定性。
　　將供水總流量劃分為用水流量和物理漏損流量，得出兩個分流量之間具有相關(guān)性的結(jié)論。論文綜合比

4、較盲源分離理論與濾波理論的適用性，選擇兩種理論下的三個信號處理算法：FastICA算法、CICA算法、Kalman濾波算法，分別建立了基于上述算法的三種供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型：FastICA模型、CICA模型、Kalman濾波模型，以實驗室供水管網(wǎng)漏損工況實驗所得數(shù)據(jù)進(jìn)行模型校核，相似系數(shù)依次為：0.7834、0.9454、0.3351；綜合分析11個評價指標(biāo)，三種模型中CICA模型性能最好。
　　所建CICA模型以供水管網(wǎng)

5、總流量和管網(wǎng)入口處自由水頭為輸入?yún)?shù)，并以輸入?yún)?shù)構(gòu)建參考向量，利用了分區(qū)計量供水管網(wǎng)的實時水力參數(shù)，是對數(shù)據(jù)高階統(tǒng)計信息的挖據(jù)應(yīng)用，很好地解決了物理漏損流量與水頭關(guān)系的復(fù)雜性和不確定性；經(jīng)過論證，CICA模型的適用條件是供水總流量不服從高斯分布、或者即使供水總流量服從高斯分布但是管網(wǎng)入口處水頭不服從高斯分布時。針對CICA模型所得模擬量只提供波形信息，幅值大小具有不確定性的特點，依據(jù)流量平衡原理列出了求解用水流量標(biāo)準(zhǔn)差和物理漏損流量標(biāo)

6、準(zhǔn)差的二元一次超定方程組，研究了兩個未知量的等式約束和物理漏損流量標(biāo)準(zhǔn)差的取值范圍約束，實現(xiàn)了物理漏損流量真實幅值的還原。CICA模型的收斂性能良好，模型參數(shù)的優(yōu)化取值范圍寬泛。論文研究了針對幾類不同拓?fù)湫问焦┧芫W(wǎng)的模型應(yīng)用方法，并在實驗室供水管網(wǎng)和實際供水管網(wǎng)中對模型進(jìn)行驗證，結(jié)論如下：CICA模型在單水源供水管網(wǎng)中適用性能良好，平均模擬誤差小于5.0％。
　　論文研究了CICA模型與單漏點研究結(jié)論的耦合應(yīng)用方法，其中單漏點研