供水管網水力模型校核與漏損定位研究.pdf

1、管網水力模型的構建與運用是實現供水系統(tǒng)現代化管理的必要手段與途徑,它不僅有助于供水調度、優(yōu)化運營管理,還是開展管網漏損定位、管網水質模擬、預警突發(fā)性水質污染事件等相關研究的基礎。在構建的管網水力模型中,由于節(jié)點流量與管道阻力系數無法直接測量,需要通過實測的水壓與流量數據進行校核,在監(jiān)測點不足的情況下,如何有效校核水力模型并提高校核效率是管網研究領域的難點與熱點問題。本研究主要內容包括：
　?、殴芫W水力模型校核是復雜的非線性優(yōu)化問題

2、,其求解方法主要有基于確定性問題的“梯度迭代算法”(Gradient-based algorithm)和基于隨機性問題的“隨機搜索算法”(Stochastic search algorithm)。雅克比矩陣的計算是利用梯度迭代算法實現參數校核的關鍵,目前“擾動法”被最廣泛用于計算供水管網雅克比矩陣,但該方法計算量大且精度低。本文應用矩陣分析法推導了供水管網雅克比矩陣的解析式,分別包括節(jié)點水壓與管道流量對節(jié)點流量、管道阻力系數、管徑的雅克

3、比矩陣解析式。該式的導出不僅能提高管網參數校核程序的運算效率,還有利于參數敏感度分析、漏損定位、水壓監(jiān)測點優(yōu)化布置等相關研究的開展。
　?、铺岢隽嘶诮涷炐畔⒌募訖嘧钚《斯芫W阻力系數校核法。由于實際中監(jiān)測點個數小于未知量個數,管網阻力系數校核為欠定問題,傳統(tǒng)校核方法習慣將管道按管材與管齡進行分組以減小未知量個數,本文將管道阻力系數的經驗值作為偽觀測值引入目標函數,相較于傳統(tǒng)方法,其優(yōu)點是能充分利用管道阻力系數的經驗值方便地將欠定

4、校核問題轉化為超定。
　?、菢嫿斯芫W反計算模型并用于節(jié)點流量實時校核?？紤]到通常將節(jié)點流量校核轉化為優(yōu)化問題求解需反復執(zhí)行管網水力平差計算(正計算),本文構建了一個新的反計算模型,該模型采用矩陣分解法分離管網質量與能量方程中的變量,重新構建管網質量與能量方程組。通過直接求解該模型可同時獲得管網中未知的節(jié)點流量、節(jié)點水壓與管道流量,且無需進行傳統(tǒng)的管網正計算,為管網水力模擬提供了一個新的算法。
　?、葷B漏管網水力特性及漏損定

5、位研究。為研究滲漏管網水力特性、模擬管網漏損時水力狀態(tài),構建了管道滲漏模型并利用相關實測數據論證了模型的可靠性,將管道破損形式進行分類并提出了不同形式破損口滲漏面積的計算方法。管網漏損可視為節(jié)點流量的異常增大,會導致監(jiān)測值的異常變化,利用一次二階矩法量化監(jiān)測值的正常波動范圍,實現了管網漏損預警。將漏損定位轉化為與節(jié)點流量校核相似的優(yōu)化問題,以最小化監(jiān)測值與管網水力模型計算值的差構建目標函數,通過逐個校核節(jié)點流量比較目標函數殘差實現了管網

6、漏損定位?？紤]到對大型管網逐個校核節(jié)點流量計算量巨大,利用加權最小二乘回歸法對目標函數的一階泰勒展開式進行殘差計算,提高了漏損定位效率。
　?、煽紤]管網漏損特征的水壓與水質監(jiān)測點優(yōu)化布置。定位管網漏損需要利用監(jiān)測點提供的相關信息,優(yōu)化水壓與水質監(jiān)測點的布置可使漏損引起的壓力變化或水質污染盡可能被及時、準確監(jiān)測。通過計算管網中各管道與節(jié)點的漏損概率,利用Kmeans聚類法對水壓敏感度矩陣進行聚類分析,優(yōu)化了水壓監(jiān)測點的布置?？紤]到實