基于图论的山地城市供水管网DMA分区控漏技术研究
发布时间：2020-09-15 13:42
近年来,城市供水管网的漏损问题是水行业的一大难题。实践证明,供水管网独立计量分区(District Metered Area,简称DMA)以其先进的管网管理模式和出色的控漏表现已经发展为管网漏损控制的主要技术之一。由于地形的起伏性,山地城市与平原城市的供水环境迥异。山地城市供水压力整体偏高,管网内多级加压现象普遍,并且管线迂回、管网拓扑结构复杂。因此论文提出了基于图论的山地城市管网DMA分区方法。论文基于图论的思想,将现实供水管网拓扑图抽象成点与边之间连接关系特定、与管网拓扑结构一致的大型图模型,运用谱聚类算法建立节点间的相似度矩阵对节点进行聚类,从而实现DMA区域的划分。该方法能够实现DMA分区的自动化,摆脱了传统经验分区对主观经验的依赖,取得了良好的分区效果。论文以重庆市T区中心城区的供水管网为例,利用水力建模软件MIKE URBEN,通过导入GIS系统中管网的静态拓扑数据和管网结构的校正与简化、用户用水量的分配、管网校核等一系列的操作,建立起T区供水管网水力模型。考虑到压力是影响山地城市供水可靠性的主要因素,同时分区时也应保证用户的水量需求,因此本文从节点间能量冗余差的角度出发构造相似度矩阵,通过MATLAB调用EPANET中水力模型的运行结果来实现谱聚类算法的求解。该方法能保证DMA区域内部各节点的能量冗余差尽可能小,而区域间各节点的能量冗余差则较大,从而实现节点间的有效聚类。论文最终将实例管网分为了22个DMA区域。论文最后采用管网漏失率、压力均匀性和管网水力可靠性三个指标对管网DMA分区结果的有效性进行检验。其中分区前的漏失率借助水量平衡分析计算,分区后的漏损率确定采用压力与漏失量之间的经典数学模型来推算,结果显示分区后的节点漏失量比分区前降低了3.2个百分点;采取节点间压力的流量加权指数来评价管网压力均匀性,结果表明各个区域压力均衡性良好;采用基于耐受度的间接评价指标对管网水力可靠性的验证结果表明分区后管网有较好的水力可靠度。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.33
【部分图文】：
保证水量的供应，要求管网的供水主干管以及配水管分工明一级分区时，应使每个一级分区内都包含一定长度的供水主含次一级的配水干管，最后再进行 DMA 区域的划分，这种主分配保证了每一级分区里都有足够的水量供应。其次在实施 D用关闭边界阀门[69]的形式来实现区域的独立，这种操作虽然不连通，方便针对性地分析各个区域内的用水情况，但同时压的问题。关闭阀门最容易造成的是边界管段内形成死水区。另外，在用水高峰期时，如果 DMA 区域内的进水管不足以会导致管网高压区的用户用水压力不足。水管网的 DMA 分区应在保证水量、水压充足，水质达标的前方案对管网的供水安全性产生不良的影响。条件地面高程变化幅度较大，地势低洼处和地势较高处有时会相 2.6 为重庆市高程图。
图 2.8 DMA 分级分区设计示意图Fig.2.8 Design diagram of DMA hierarchical partition常，对于一个成熟的城市供水系统管理层来说，市区城市内部各有着明确的管网管辖范围， 因此这种清晰的管辖范围就形成了天级分区计量区域。由于很多情况下城市行政区域是因为河流、道然而然形成的[71]，所以一级分区计量也常以河流、道路等作为边界证一级分区区域内的用户有足够的用水量，区域内应包含供水量求的若干长度供水主干管；二级计量分区时要考虑的首要条件是性，分区边界最好沿着城市主要道路，尽量避免出现分区边界横显的地理边界的情况。三级分区，也即DMA分区必须要实现全封区之间要互相独立、互不影响，从而达到精准计量区域内漏损水平区中以居民小区为单位，直接面向管网的终端用户[72]。个级别的计量分区在管理范围上应依次递减，以形成完整的水量压力调控体系。以下为两种基本的分级分区实施路线：
图 4.1 T 区管网节点高程图Fig.4.1 Node elevation map of T area network表 4.1 现状水厂概况Table4.1 Current situation of water works水厂名称 供水能力（m3/d） 送水设施 原水管道管径B 水厂现状 20 万，规划新增 20 万现状 5 台水泵机组，运行时三用两备；规划新增三台水泵机组DN1000X 水厂 5 万 五台水泵机组，三用两备DN600该实例管网中用水类型按用水性质可分为团体用水、工业用水和建筑商业用水与其他用水等。管网的西北部分管网密度较大，管线之间联系紧密，而其余部分管网则密度较小，多呈辐射状延伸状向外延伸，管道走向分明，管网结构简单。T 区水务公司于 2013 年开始建设 GIS 系统，历时三年通过实地勘测与走访高度还
本文编号：2819036
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.33
【部分图文】：
保证水量的供应，要求管网的供水主干管以及配水管分工明一级分区时，应使每个一级分区内都包含一定长度的供水主含次一级的配水干管，最后再进行 DMA 区域的划分，这种主分配保证了每一级分区里都有足够的水量供应。其次在实施 D用关闭边界阀门[69]的形式来实现区域的独立，这种操作虽然不连通，方便针对性地分析各个区域内的用水情况，但同时压的问题。关闭阀门最容易造成的是边界管段内形成死水区。另外，在用水高峰期时，如果 DMA 区域内的进水管不足以会导致管网高压区的用户用水压力不足。水管网的 DMA 分区应在保证水量、水压充足，水质达标的前方案对管网的供水安全性产生不良的影响。条件地面高程变化幅度较大，地势低洼处和地势较高处有时会相 2.6 为重庆市高程图。
图 2.8 DMA 分级分区设计示意图Fig.2.8 Design diagram of DMA hierarchical partition常，对于一个成熟的城市供水系统管理层来说，市区城市内部各有着明确的管网管辖范围， 因此这种清晰的管辖范围就形成了天级分区计量区域。由于很多情况下城市行政区域是因为河流、道然而然形成的[71]，所以一级分区计量也常以河流、道路等作为边界证一级分区区域内的用户有足够的用水量，区域内应包含供水量求的若干长度供水主干管；二级计量分区时要考虑的首要条件是性，分区边界最好沿着城市主要道路，尽量避免出现分区边界横显的地理边界的情况。三级分区，也即DMA分区必须要实现全封区之间要互相独立、互不影响，从而达到精准计量区域内漏损水平区中以居民小区为单位，直接面向管网的终端用户[72]。个级别的计量分区在管理范围上应依次递减，以形成完整的水量压力调控体系。以下为两种基本的分级分区实施路线：
图 4.1 T 区管网节点高程图Fig.4.1 Node elevation map of T area network表 4.1 现状水厂概况Table4.1 Current situation of water works水厂名称 供水能力（m3/d） 送水设施 原水管道管径B 水厂现状 20 万，规划新增 20 万现状 5 台水泵机组，运行时三用两备；规划新增三台水泵机组DN1000X 水厂 5 万 五台水泵机组，三用两备DN600该实例管网中用水类型按用水性质可分为团体用水、工业用水和建筑商业用水与其他用水等。管网的西北部分管网密度较大，管线之间联系紧密，而其余部分管网则密度较小，多呈辐射状延伸状向外延伸，管道走向分明，管网结构简单。T 区水务公司于 2013 年开始建设 GIS 系统，历时三年通过实地勘测与走访高度还
【参考文献】
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本文编号：2819036
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