CN109523114A - 一种城市供水系统中独立计量分区水量组份分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市供水系统中独立计量分区水量组份的分析方法，包括:一种整体的供水系统水量组份分析模型；针对所述的供水系统水量组份分析模型，提出了根据供水系统一定周期的历史运行数据估计未知参数(k,N,A₀)的方法；定期性更新模型参数，从而所提出的供水系统水量组份分析模型，得到更为精确的组份分析结果。当水量组份分析结果中，真实物理漏失水量明显增大时，发出警报，提醒供水公司进行检漏，从而及时减少水资源的流失。

Description

一种城市供水系统中独立计量分区水量组份分析方法

技术领域

本发明涉及供水管网的水量平衡与漏损检测技术领域，特别是指一种城市供水系统中独立计量分区(DMA)水量组份分析方法。

背景技术

供水管网漏损在我国是一个非常严重的问题，据文献报道，在我国，城市供水管网平均漏损率(从供水管网中漏失的水量除以供水总量)超过15％，每年直接经济损失高达336亿元。因此为了节约水资源，实现可持续发展，有必要进行供水管网的漏损控制，降低供水管网的漏损率。在供水管网的漏损管理过程中，第一步一般是对供水管网进行水量组份分析，量化供水管网的漏失水量。

根据国际水协会的标准水平衡，供水管网系统供水量可以分为授权水量以及漏失水量，其中漏失水量又分为表观漏失水量和物理漏失水量。目前的研究多针对水量中的某一个组份进行研究计量，缺乏一种对整体水量组份进行分析计量的方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种城市供水系统中独立计量分区水量组份分析方法，对供水管网整体水量进行组份分析，并提高供水管网水量组份分析结果的准确度，从而更好的指导供水企业进行漏损管理。

一种城市供水系统中独立计量分区水量组份分析方法，包括：

提出了一种整体的供水水量组份分析模型：

其中Q为系统总供水量，h为系统供水压力，Q_au为授权水量，C_d为流量系数，g为当地重力加速度，未知参数(k,N,A₀)中，k表示表观漏失系数，N为漏点个数，A₀为漏点平均漏损面积。

针对所述的供水系统水量组份分析模型，提出了根据供水系统历史运行数据估计未知参数(k,N,A₀)的方法，并周期性更新模型参数。

所述的方法，根据所述的供水系统水量组份分析模型，得到整体水量组份：

其中Q_au为授权水量，Q_al为表观漏失水量，Q_rl为真实物理漏失水量。

所述的未知参数(k，N，A₀)的估计方法为：

根据供水系统运行周期的n条历史数据：

采用自适应粒子群优化算法、遗传算法等寻优算法求解上述方程组得到模型参数(k，N，A₀)。

所述的方法，每隔一定的周期m去估计所述的模型参数，从而优化供水系统水量组份分析模型。

所述的方法，应用于管道输送的组份分析技术领域，包括供水管网系统、热力管网、油气管网。

所述的方法，步骤如下：

步骤01：选定目标独立计量分区DMA；

步骤02：在选定的DMA入口和出口安装流量计和压力计，获得总供水量Q和供水压力h；

步骤03：在选定的DMA内用户端安装流量计，获得授权收费水量Q_m；

步骤04：根据选定的DMA大小，估算授权免费水量Q_u；

步骤05：将授权收费水量Q_m和授权免费水量Q_u相加得到授权水量Q_au；

步骤06：建立供水水量组份分析模型；

步骤07：根据所选DMA的运行数据，估计未知参数；

步骤08：根据步骤07所得的参数，优化步骤06所建立的供水水量组份分析模型；

步骤09：根据当前时刻的DMA运行数据与步骤08优化后的供水水量组份分析模型，计算当前DMA内的表观漏失水量组份、真实物理漏失组份；

步骤10：对步骤09计算得到的水量组份分析结果进行分析判断，决定是否需要通过步骤11发出警报；

步骤11：发出警报；

步骤12：将当前DMA的运行数据更新到模型优化用的历史数据中，替换最旧的一条数据；

步骤13：判断模型参数优化周期是否达到，如果是，转步骤07优化模型；如果否，转步骤09，继续使用当前模型。

本发明的有益效果：

本发明可以对供水管网的水量进行整体的组份分析计量，由于本发明对一定周期的用水模式进行了考虑，因此其计量结果精确，受正常用水波动的影响非常小，同时本发明的计量周期短，一旦出现异常，可以尽早的发现，从而减少损失。此外，本发明的方法对模型参数进行动态更新，从而保证模型的精准性与结果的可靠性，对于新增或减少用户等情况有着良好的适应性。

附图说明

图1为本发明提供的城市供水系统中独立计量分区水量组份分析方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的城市供水系统中独立计量分区水量组份分析方法的一个实施例中供水管网拓扑图与测量表具的安装位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

附图1，为本发明提供的城市供水系统中独立计量分区(DMA)水量组份分析方法的一个实施例的流程示意图。

参照附图1，所述的城市供水系统中DMA水量组份分析方法，包括:

步骤01：在城市供水管网系统当中选择一个DMA作为应用示范区，在本实施例中选取的独立计量分区中用户数量约为1000户。

在选取独立计量分区的时候，较佳的，所选独立计量分区内，用户数量最好超过700户，否则分区内用水模式容易产生较大的波动变化，影响所述的水量组份分析方法的分析性能。

步骤02：在步骤01所述的DMA的入口和出口处安装流量检测仪与压力计，实时连续监测并记录流量数据和压力数据。具体布置位置可以参照附图2中标星位置。

较佳的，采用在线流量检测仪和压力计。记录的时间间隔以10分钟为宜，以其他时间间隔记录也可。数据采集完成后，可以采用无线传输的方式，传回后台服务器，也可以采用人工有线导出，这与具体采用的流量检测仪与压力计的型号有关。在本实施例中，选用的流量检测仪记录的时间间隔为1小时，压力计记录的时间间隔为10分钟，数据采用无线传输的方式传回后台服务器。

步骤03：在步骤01所述的DMA内的用水用户端安装在线流量检测仪，实时监测并记录用户的用水数据。

用水用户端的流量检测仪数据记录时间间隔取1个小时即可，也可选择更小的时间间隔。数据采集完成后，可以采用无线传输的方式，传回后台服务器，也可以采用人工有线导出，这与具体采用的流量检测仪型号有关。在本实施例中，用水用户端的流量检测仪数据记录时间间隔为1个小时，用户流量数据采用无线传输的方式传回后台服务器；

用户流量数据传回后台后，对所述DMA内所有的用户用水量进行求和，即可得到分区内该小时的授权计费水量Q_au。

步骤04：根据步骤01所述的DMA的大小，对分区内消防用水等授权免费水量进行估计，得到分区内的授权免费水量Q_u。

步骤05：将授权计费水量Q_m与授权免费水量Q_u相加，得到所述DMA内每小时的授权水量Q_au。

步骤06：建立所属独立计量分区的供水水量组份分析模型。

所述的供水水量组份分析模型为：

步骤07：根据步骤01中的所述的DMA前一周的供水系统运行数据，采用自适应粒子群优化算法计算步骤06中所述的供水水量组份分析模型的未知参数k、N、A₀。

步骤08：根据步骤07计算的到的模型参数，优化步骤06所述的该独立计量分区的供水水量组份分析模型。

步骤09：将当前系统的总供水量Q、供水压力h、授权水量Q_au输入到步骤08优化后的该独立计量分区的供水水量组份分析模型当中，模型计算输出水量组份分析结果。

较佳的，每隔一小时可以进行一次水量组份分析，也可采用其他的时间间隔，但时间间隔不宜过长也不宜过短，所选时间间隔过长，则无法体现该模型的优势；所选时间间隔过短，则计算量加大。在本实施例中，水量组份分析的时间间隔选为1小时。

步骤10：对步骤09中模型计算输出的水量组份分析结果进行判断，判断所选的DMA内物理漏失水量是否存在较大增量。若存在较大的增量，转步骤11；否则转步骤12；

步骤11：发出报警

报警发出说明当前的DMA当中物理漏失水量存在较大的增量，应及时进行更漏损定位于修复工作。

步骤12：更新数据记录。

将该次运算的原始数据放入用于模型优化的数据记录当中，替换掉最旧的一条数据。

步骤13：判断是否需要再次优化模型参数。

根据设定的模型优化周期，判断距离上次模型优化是否过去了一个周期。如果是，则转步骤07进行模型参数的优化；如果否，则转步骤09，继续采用原模型参数进行水量组份分析。较佳的，模型的优化选为一天，即24小时，也可选择其他周期，但不宜小于1小时，也不宜大于一个月。在本实施例中，模型优化周期为24小时。

本发明所提供的城市供水系统中独立计量分区水量组份分析方法，除了上述实施例中的应用外，还可能应用于管网输送的、具备不同组份(或者不同类型的用途、用户)的组份分析技术领域中，例如整个城市的供水管网、热力管网、油气管网等管道输送的组份分析技术领域中。要将本发明提出的方法应用到其他领域当中，需要对流量系数C_d、参数m、物理漏失组份的计算公式中的指数参数等进行改动，具体结果可由实验进行模拟分析得到。

所属领域的技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种城市供水系统中独立计量分区水量组份分析方法，其特征在于，包括：

提出了一种整体的供水水量组份分析模型：

其中Q为系统总供水量，h为系统供水压力，Q_au为授权水量，C_d为流量系数，g为当地重力加速度，未知参数(k，N，A₀)中，k表示表观漏失系数，N为漏点个数，A₀为漏点平均漏损面积。

针对所述的供水系统水量组份分析模型，提出了根据供水系统历史运行数据估计未知参数(k，N，A₀)的方法，并周期性更新模型参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述的供水系统水量组份分析模型，得到整体水量组份：

其中Q_au为授权水量，Q_al为表观漏失水量，Q_rl为真实物理漏失水量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的未知参数(k，N，A₀)的估计方法为：

根据供水系统运行周期的n条历史数据：

采用自适应粒子群优化算法、遗传算法等寻优算法求解上述方程组得到模型参数(k，N，A₀)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每隔一定的周期m去估计所述的模型参数，从而优化供水系统水量组份分析模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用于管道输送的组份分析技术领域，包括供水管网系统、热力管网、油气管网。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤01：选定目标独立计量分区DMA；

步骤02：在选定的DMA入口和出口安装流量计和压力计，获得总供水量Q和供水压力h；

步骤03：在选定的DMA内用户端安装流量计，获得授权收费水量Q_m；

步骤04：根据选定的DMA大小，估算授权免费水量Q_u；

步骤05：将授权收费水量Q_m和授权免费水量Q_u相加得到授权水量Q_au；

步骤06：建立供水水量组份分析模型；

步骤07：根据所选DMA的运行数据，估计未知参数；

步骤08：根据步骤07所得的参数，优化步骤06所建立的供水水量组份分析模型；

步骤09：根据当前时刻的DMA运行数据与步骤08优化后的供水水量组份分析模型，计算当前DMA内的表观漏失水量组份、真实物理漏失组份；

步骤10：对步骤09计算得到的水量组份分析结果进行分析判断，决定是否需要通过步骤11发出警报；

步骤11：发出警报；

步骤12：将当前DMA的运行数据更新到模型优化用的历史数据中，替换最旧的一条数据；

步骤13：判断模型参数优化周期是否达到，如果是，转步骤07优化模型；如果否，转步骤09，继续使用当前模型。