城市供水管网实时建模及漏损事件侦测定位研究

发布时间：2020-09-28 19:55

　　快速、有效的漏损侦测定位方法在保障城市供水安全、节约水资源放方面具有重要意义。本文围绕城市供水管网漏损定位问题,展开对供水管网DMA(District Meter Area,独立计量区域)实时模型的建立、管网压力预测与异常工况检测、漏损初步定位和精确定位的研究,主要内容如下:1、城市供水管网实时水力模型的建立。依据EPANET-RTX实时建模框架,以SX市YC区某大型DMA的管网信息及SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集和监控系统)数据为背景,建立了供水管网实时水力模型,使得对监测点的平均拟合误差从离线模型的10%以内减小到5%以内,提高了模拟精度。2、基于LSTM(Long Short-Term Memory,长短期记忆神经网络)模型的管网压力预测。针对供水管网的高度复杂非线性特性,采用深度学习模型LSTM进行管网状态预测。LSTM模型的输入既包括测点压力的状态信息,也包括各入水口的供水压力和供水量的控制信息。为了增强模型的信息特征提取与辨识性能、提高预测精度,提出一个将并行LSTM的输出合并后连接DNN(Deep Neural Network,深度神经网络)的模型,称之为PLDNN(Parallel LSTM Combine DNN)模型;实例预测结果表明,PLDNN预测模型的均方根误差仅0.0017,平均绝对比百分误差仅0.45%,比传统预测方法(人工神经网络、支持向量机等)和普通LSTM模型具有更高的学习性能、精确度。最后,提出将PLDNN预测值和实测值的差异作为判断管网有无异常发生的依据。3、两种漏损初定位方法。方法1:根据漏损发生后测点压力异常率大小,确定边界测点,再根据边界测点通过“多点定位法”划定漏损区域。方法2:首先通过灵敏度分析和聚类算法将供水管网划分为若干个“虚拟漏损分区”,在不同漏损分区内通过管网模型模拟出大量漏损数据,通过深度信念网络建立漏损数据和对应漏损分区的非线性映射关系,实现初步定位。4、基于实时水力模型的漏损精确定位。建立漏损工况下实时水力模型,设计GA(Genetic Algorithm,遗传算法)和NSGA2(Non-dominated sorting genetic algorithm with elitist strategy,带精英策略的非支配排序算法),利用水力模型校核寻优实现漏损精确定位。实验结果表明,漏损工况实时水力模型比离线模型具有更高的实用性,多目标遗传算法比单目标遗传算法优化性能更好。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.61
【部分图文】：

过程图,管网,过程,节点

用户历史用水量和水泵扬程等确定管网动态属性，这种模型与实时数据分离，常常与管网实际运行工况不吻合，称之为离线模型，在实际使用中有很大的局限性本章基于 EPANET-RTX 实时建模框架，将 SCADA 实时数据与离线模型对接，建立实时水力模型。2.1 城市供水管网微观模型的建立2.1.1 供水管网微观建模原理管网微观模型是通过对管网工程实体抽象与简化处理，得到拓扑图形（包含管段、节点元素），并加以相关数据和水力学公式表达的机理模型。拓扑图形是依据图论的基本原理，图是由“弧”和“节点”两部分组成，将管段看成“弧”节点看成“顶点”，各节点之间通过管道连接，管道内部水流由上游节点流向下游节点，由此，管网几何图能够抽象化理解成有向图。供水管网微观水力模型是基于管网的稳态水力计算理论，通过详细的管网资料（如：管径、管材、长度、摩阻系数、节点需水量等）建立供水管网水力学模型，建模过程可用图 2.1 说明

供水管网

利用智能优化算法（比如，遗传算法、粒子群优化算法等）寻找最数的取值。供水管网 DMA 的建立国城市供水管网是一个复杂而庞大的系统，如果从整个供水管网来损，难度较大。因此，可以通过分区计量，将整体的供水管网系统较小的子系统，即划分为许多个独立计量的区域，逐个解决问题，多供水公司普遍采用的漏损控制与管理方法。MA 独立计量区域的概念起始于 20 世纪 80 年代，随着城市规模的水管网也随之不断扩展延伸，这使得对整个城市供水管网的安全运手。在 1980 年初，英国水工业协会在其水务联合大会上首次 DM区的概念，通过将城市供水管网系统划分为若干个不同的独立计量供水管网漏损的主动控制。一般通过关闭阀门或安装流量计的方法划分为若干个相对独立的计量分区，并在每个区域的入水口和出水和阀门，通过进出口流量量化管网漏损程度，实现管网漏损控制和图 2.2 所示：

动态界面,离线

杭州电子科技大学硕士学位论文离线延时模拟是根据建立起来的微观模型，在给定初始状态，设定节点需、水库水头和水池水位等变化模式下，通过水力平差计算推导出未来几小时几天的节点水头、水质、压力，管段流量，水库水池消耗等相关状态。离线模拟脱离了水力系统的实时运行系统工况，其精度往往随时间的推移而慢慢，只适合于短周期的工况分析和水力预测。下图 2.3 是以 EPANET 延时模拟，展示离线模拟的界面。

【参考文献】