基于管网建模的漏损控制研究

发布时间：2020-09-10 14:59

　　城市供水管网是保障人民生活和城市发展的重要基础设施,但随着我国城市化进程的推进,管网漏损率居高不下,由于地下供水管道的隐蔽性,有的管道发生破坏后,往往很久才会被人发现,不仅使得经过处理的水资源白白流失,影响供水企业的经济效益,杂质通过裂口进入管道内还可能污染水质,带来安全隐患。由于管道发生漏损时会引起管网工况发生改变,而压力监测点监测的压力数据中隐含了管网运行状态信息。因此,本文研究分析了管网中不同位置的管道发生不同程度破坏时对监测点压力的影响,运用BP神经网络技术建立了漏点位置与测压点压力变化率之间的非线性关系,展开了城市供水管网漏点实时定位的研究,实现了仅输入几个测压点压力变化数据就能反向推导漏点位置的可能,达到实时监控漏损的目的,为将来广泛应用在实际管网中提供了理论基础和技术支持。首先,运用EPANET软件建立实际供水管网的水力模型。通过对售水记录资料分析和现场调研,按照用水性质将研究区域内的用水户分为了城市居民用水、农村居民用水、商业服务用水、办公类用水、工业用水和集体单位用水6大类,对这6类用户进行了为时一周的用水量实测,然后通过曲线拟合得到了每类用户工作日和周末的用水量24小时变化规律曲线。通过现场实勘,选取了9根不同管径、不同埋设年代、不同地点的普通铸铁管,采用三点测压法,对管道阻力系数进行了测定,拟合出了以管道埋设年代和管径为系数的供水管道阻力系数模型:C=65.345e~(0.01537(γ-1950))+0.03827D+15.39,为水力模型的构建提供了重要参数。进而对管网拓扑结构进行了简化,采用多种分配方式相结合的方式分别对研究区域中的大用户用水量、小用户用水量、未计量水量和管网漏失水量进行了节点流量的分配,最终建立了一个有122个节点,132条管段的供水管网仿真水力模型。最后开展了实例研究,利用EPANET软件建立的目标区域的仿真水力模型,以添加节点出流的方式在管网的上游、中游和下游分别选取管道进行不同破坏程度(漏损面积比K_a分别为0.01、0.03、0.05、0.1和0.2)的漏损模拟,通过观察压力监测点的水压变化,初步判断漏点的大致位置,并为接下来建立基于神经网络的漏点定位模型提供数据支持。选取目标管网中70条埋地敷设的管段,进行不同损坏程度的漏损模拟,获得压力监测点的压力变化数据,将这些数据作为训练样本训练神经网络,使其建立起漏损点位置与测压点压力之间的非线性关系,构建了基于BP神经网络的实时漏点定位模型,选用未经过训练的管道进行漏点定位,结果表明模型的漏点定位诊断切实可行。
【学位单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.61
【部分图文】：

供需现状,中国水资源

称为“蓝色的星球”，但是这其中 97.5%的水资源都是海洋水，淡水资源 2.5%，而且 70%以上的淡水都存在于极寒之地的冰层中，再除去不能开水、高山冰川难以利用的积雪，真正易开采、可供人类利用的淡水仅占地的 0.26%左右[1]。我国的淡水资源占有量位列世界第四，水资源总量十分大的人口基数的稀释，我国的人均拥有淡水资源量仅为 2300 m3，远远低平 9200m3，在世界 149 个国家中排第 110 位。十九世纪末，我国被联合支持和管理联合部（United Sations Department of Development Suppoent）评定为水资源缺乏国家[2]。我国可利用的水资源主要来自于降雨，而等因素的影响，水资源在地区分布上很不均匀，如图 1-1 所示，总体上呈逐渐递减的趋势，长江流域及其以南地区的面积只占全国国土总面积的 3了全国总量的 81%，而长江以北地区的水资源量仅占全国总量的 19%。我内的北方缺水区总面积已超过 58 万平方公里，在这个区域内的人均水资国人均水资源的五分之一。在时间上水资源分布更加不均衡，一般夏季多部分地区夏季汛期的降雨量占全年的降雨量 60%-80%，过于集中的降水不旱夏涝，还大大减少了可利用的水资源量。

技术路线图,漏损,实时定位,漏点

2）管网漏损工况模拟。从水力学角度看，道发生破坏可以看作为一个突然增大的节点流量，因此本文在建立好的目水力模型上通过人为增加节点的方式模拟管段漏损，分析管网中不同位置同程度的漏损时，各压力测压点的压力变化特征，并建立管段漏损数据库立 BP 神经网络漏点实时定位模型提供训练样本，3）建立 BP 神经网络漏点实时定位模型。神经网络算法是一种模拟人类神经元细胞和信息传递的机器学习算法，具有很强的自适应和自组织能力适应各种不同的线性的或者非线性的模型需求。特别是当系统信息量少，数未知的情况下，采用神经网络算法能对系统的真实情况进行高精度的拟用管段漏损数据库训练神经网络，使其建立起漏损位置与测压点压力变化关系，构建了漏点实时定位模型，提出适用于我国供水管网漏损控制的方技术发达的今天，这种定位往往十几秒钟就能完成，能达到实时监控漏损复漏损，减少水资源的流失。术路线文的技术路线如下：

拓扑结构图,供水管网,管网,总长

管网漏失率 18.25%，城市供水普及率 99%。图2-1 为 GIS 系统中的研究区域供水管网拓扑结构图。图 2-1 研究区域供水管网拓扑结构图Fig.2-1 Topology diagram of water supply network of study area in GIS system截至目前，研究区域的管网总长 143.4km，其中小口径管道较多，＜DN75 的管线长度为 56.3km，约占管线总长的 39.3%，"gDN75 的管线长度为 87.0km，约占管线总长的 60.7%。2005 年之前敷设的管道大部分为普通铸铁管材质，之后敷设的管道多为球磨铸铁管，其次为钢管，部分管道采用 UPVC 材质，小区内管网采用 PE 管

【参考文献】