供水管网的水力水质模拟及不确定性研究

发布时间：2018-10-21 09:17

【摘要】：供水管网模型是实现供水系统现代化管理的必要手段与途径，它能实时的反应供水管网的工况，并为优化调度和科学管理提供支撑。在构建的管网水力水质模型中，由于节点流量、管道阻力系数、主体水反应系数和管壁反应系数无法直接测量，需要通过实测的水压、流量和水质数据进行校核，在监测点不足的情况下，如何有效校核水力水质模型并提高校核效率是管网研究领域的难点与热点问题。采用加权最小二乘法（WLS）对供水管网模型参数进行校核，，其以状态量的梯度作为搜索向量，具有收敛迅速，计算效率高的优点。雅可比矩阵的计算是利用梯度迭代算法实现参数校核的关键，以矩阵分析的方法，推导了水力状态量的雅可比矩阵的解析式。解析式只需经过一次水力模型计算就可获得，避免了扰动法在计算雅可比矩阵时重复进行水力模型计算的问题。以小管网，详细介绍了状态量雅可比矩阵解析式的计算，并和扰动法计算的雅可比矩阵进行了对比。雅可比矩阵中还包含参数敏感度信息，利用雅可比矩阵可以分析参数对于状态量的敏感度。在用矩阵运算获得雅可比矩阵解析式的基础之上，WLS可以实现节点流量的实时校核。采用WLS对小管网的节点流量进行校核，即便是在监测数据存在误差的条件下，校核的节点流量和真实值比较接近，校核结果好。基于WLS对T镇供水管网的节点流量进行实时校核，得到了节点用水量的变化曲线。校核后的水力模型计算的监测节点的压力值和监测管段的流量值与SCADA系统的监测值的平均误差分别为0.39m和3.56m3/h，满足水力模型校核标准，水力模拟的结果较好地反应T镇供水管网实时的水力工况。在校核好的水力模型基础之上，对T镇供水管网的节点水龄特性进行了研究。T镇供水管网的节点水龄都小于1d，管网水质更新较快，水质状况较好。水龄曲线的起端都是斜率为1的直线，位置相近的节点其水龄曲线形式类似，在选择水质监测点时应尽量包含不同类型水龄曲线的节点。水质的雅可比矩阵是与时间有关系的，需要采用扰动法计算其雅可比矩阵，用扰动量为0.001计算的水质雅可比矩阵满足校核精度要求。基于WLS举例管网余氯反应系数的校核，在举例管网初始余氯模型计算值和监测真值之间很小误差的情况下，仍能快速搜索到余氯反应系数的目标值，这是WLS在水质模型校核中优势。利用初步的T镇供水管网余氯模型对管网的余氯浓度进行了模拟，模拟结果显示管网的余氯浓度满足水质标准。与实测值比较，水质模拟结果整体偏小，T镇供水管网余氯模型还需进一步完善。为了分析输入量对于供水管网水力水质的不确定性的影响，和寻找供水管网事故预警的标准，采用蒙特卡罗（MCS）抽样计算了节点压力和水质的不确定分布情况。研究结果表明，在所有输入参数共同作用下时，节点水压和水质的不确定性程度最大；就单个因素对节点水压的不确定性影响程度而言，节点流量要比水损系数的大，这点对节点水质也是适用的；就单个因素对节点水质的不确定性影响程度最大的是余氯反应系数。可以利用监测节点压力最大不确定区间的下限值和节点水质最大不确定区间的下限值，分别作为水力和水质事故的预警临界值。
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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU991.32

【参考文献】