CN109635501A - 一种基于水力模型的降低供水管网漏损方法 - Google Patents

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王振东
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Abstract

本发明公开了一种基于水力模型的降低供水管网漏损方法，属于供水漏损技术领域。本发明的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，该方法包括建立宏观水利模型和建立微观水利模型，所述建立宏观水利模型过程通过混合遗传对大量水厂压力、流量计监测点历史数据的研究得出管网压力曲线模型；所述建立微观水利模型过程通过管网水力计算与平差对管网运行情况进行模拟。该发明的基于水力模型的降低供水管网漏损方法能能够有效的解决供水管网漏损，具有很好的推广应用价值。

Description

一种基于水力模型的降低供水管网漏损方法
技术领域
本发明涉及供水漏损技术领域，具体提供一种基于水力模型的降低供水管网漏损方法。
背景技术
供水管网漏损是供水行业普遍存在的严重问题，漏损不仅浪费了宝贵的水资源，而且还使供水企业蒙受巨大的经济损失，甚至造成严重的社会问题，我国供水企业目前管网漏损严重，一直没有有效的解决措施。
随着社会的进步和经济的发展，供水设备与技术更新很快。各类测量和监测手段也渐趋于完善与先进，尤其是计算机及物联网技术的迅速发展与普及，使供水系统的优化调度具有了可行性。城市供水管网具有拓扑结构复杂、规模庞大、用水随机性强、多目标控制等特点，特别是对地下给水管网，实验测试的难度很大，所以科学管理十分困难。但是在计算机技术的推动下，管网建模的出现为降低供水漏损提供了新的福音，特别是监测手段的改革，只能压力表及流量计的应用能够保证数据采集的实时性，数据共享和数据分析应用的提高更是进一步促进了降低管网漏损的现实。
管网水利模型利用计算机技术对实际的地下管网进行数字化模拟，同时该模型能进行管网水利数据的相关计算，水利模型反应实际管网的水利状态，通过建模可以指定规划，调度的设计方案并优化，制定水泵、管道的更新改造方案，实施管网系统的科学管理，达到降低供水漏损的目的。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种能够有效的解决供水管网漏损的基于水力模型的降低供水管网漏损方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于水力模型的降低供水管网漏损方法，该方法包括建立宏观水利模型和建立微观水利模型，所述建立宏观水利模型过程通过混合遗传对大量水厂压力、流量计监测点历史数据的研究得出管网压力曲线模型；所述建立微观水利模型过程通过管网水力计算与平差对管网运行情况进行模拟。
该基于水力模型的降低供水管网漏损方法融合宏观水力模型和微观水利模型在应用过程中的优劣势和特点，为供水提供决策依据。能够发挥宏观水力模型建模速度快、整体把握管网能力强的优点，又利用微观水力模型具有详细管网各要素及其水力状况的优势，适于管网现状分析、规划设计与预案制定。结合宏观水力模型和微观水利模型统一在管网运行调控决策支持体系的架构内，能够各发挥所长，科学调控城市供水。
作为优选，所述宏观水利模型建立包括以下步骤：
S1：建立宏观水利模型；
S2：基于宏观水利模型建立压力曲线；
S3：修正宏观水利模型调度预案压力；
S4：优化水泵实现漏损控制。
作为优选，步骤S1中建立宏观水利模型以水厂的供水压力、供水流量、水塔水位及管网监测点压力实测数据为基础。
作为优选，建立的宏观水利模型的表达式如公式(1)所示：
其中，Qg为水厂供水流量，hk为水厂供水压力，Cj、Ajk、Bjp通过月供水流量计算得出。
该宏观水利模型仅仅提供了供水系统运行现状的描述，需要对该宏观水利模型进行优化，建立管网压力曲线模型。管网压力曲线模型需要满足出厂流量。压力的最优关系以及最不利点压力。根据优化的宏观水利模型压力方案设计水厂流量压力控制系统，优化水泵搭配方案，降低整个管网的服务压力，以达到降低漏损的目的。
作为优选，所述宏观水利模型建立包括以下步骤：
Sa：建立微观水利模型；
Sb：给水管网拓扑结构简化；
Sc：供水系统基础数据导入和节点流量分配；
Sd：管网水力计算与平差；
Se：微观水力模型校核；
Sf：微观水利模型评估、更新和维护。
微观水利模型对系统拓扑的变化和节点用水量模式的变化具有较强的适应性，可以获取所有管段、节点、水源的工况参数以及各小时的静态模拟工况和动态实时工况，以管网信息为基础建立微观水利模型。
作为优选，步骤Sa中，结合给水管网拓扑结构和各管段、节点属性数据建立微观水利模型。
步骤Sb中，按照管网服务主功能不变和误差在允许范围两条原则，对管网拓扑结构进行简化，其后导入基础数据、分配节点流量。
作为优选，所述各管段属性数据包括管长、标准管径、管材类型、管材粗糙度和供水方式，各节点数据包括节点类型和节点标高。
作为优选，步骤Sc中，节点流量包括大用户用水量、普通用户用水量、漏水水量和未计量水量。
其中，供水系统基础数据导入包括水厂、泵站基础数据的导入和用户水量的导入。
步骤Sd中，管网水力计算与平差过程通过节点连续性方程、管段压降方程和回路能量方程结合导入的管网信息进行。
步骤Se中，微观水力模型校核是一个不断完善、反复调整的过程。
步骤Sf中，微观水利模型评估、更新和维护，评价建立的管网水利模型是否满足建模要求，要考虑监测节点的压力实际值与模型压力计算值之差和监测管段的流量实际值与模型流量计算值误差小。由于给水管网的运行工况不断变化，要保证建立的模型实时有效，能够为供水单位提供可靠地技术参考，必须定期对建立的模型更新维护。管网添加新建的管线、删除废弃的管线，ing导入变化管线的属性信息。节点水量重新分配时及时更新大用户月度用水信息，重新对各节点水量进行分配，模型校核定期进行。
与现有技术相比，本发明的基于水力模型的降低供水管网漏损方法具有以下突出的有益效果：所述基于水力模型的降低供水管网漏损方法基于水力模型的降低供水管网漏损方法融合宏观水力模型和微观水利模型在应用过程中的优劣势和特点，为供水提供决策依据。能够发挥宏观水力模型建模速度快、整体把握管网能力强的优点，又利用微观水力模型具有详细管网各要素及其水力状况的优势，适于管网现状分析、规划设计与预案制定。结合宏观水力模型和微观水利模型统一在管网运行调控决策支持体系的架构内，能够各发挥所长，科学调控城市供水，具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明所述基于水力模型的降低供水管网漏损方法的建立宏观水利模型的流程图；
图2是本发明所述基于水力模型的降低供水管网漏损方法的建立微观水利模型的流程图；
图3是本发明所述基于水力模型的降低供水管网漏损方法的建立微观水利模型的流程图；
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的基于水力模型的降低供水管网漏损方法作进一步详细说明。
实施例
如图1所示，本发明的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，包括建立宏观水利模型和建立微观水利模型。建立宏观水利模型过程通过混合遗传对大量水厂压力、流量计监测点历史数据的研究得出管网压力曲线模型。建立微观水利模型过程通过管网水力计算与平差对管网运行情况进行模拟。
如图2所示，建立宏观水利模型具体包括以下步骤：
S1：建立宏观水利模型。
S2：基于宏观水利模型建立压力曲线。
S3：修正宏观水利模型调度预案压力。
S4：优化水泵实现漏损控制。
建立宏观水利模型以水厂的供水压力、供水流量、水塔水位及管网监测点压力实测数据为基础。应用机器学习的方法所建立的经验数学表达式如公式(1)所示：
其中，Qg为水厂供水流量，hk为水厂供水压力，Cj、Ajk、Bjp通过月供水流量计算得出。
首先根据SCADA(数据采集与监视控制系统)数据建立宏观水利模型，结合混合遗传算法建立管网压力曲线模型，系统运行仿真，判断该模型是否满足最不利点压力，不满足则返回继续进行混合遗传算法，如满足则继续判断是否满足年供水量，如满足年供水量则表示建模完成，不满足年供水量则返回继续进行混合遗传算法。
以上宏观水利模型仅仅提供了供水系统运行现状的描述，需要对其优化，建立管网压力曲线模型。管网压力曲线模型需要满足出厂流量、压力的最优关系及最不利点压力。根据优化的宏观模型压力方案设计水厂流量压力控制系统，优化水泵搭配方案，降低整个管网的服务压力，以达到降低漏损的目的。
如图3所示，建立微观水利模型具体包括以下步骤：
Sa：建立微观水利模型。
结合给水管网拓扑结构和各管段、节点属性数据建立微观水利模型。各管段属性数据包括管长、标准管径、管材类型、管材粗糙度和供水方式，各节点数据包括节点类型和节点标高。
Sb：给水管网拓扑结构简化。
按照管网服务主功能不变和误差在允许范围两条原则，对管网拓扑结构进行简化，其后导入基础数据、分配节点流量。各管段属性数据包括管长、标准管径、管材类型、管材粗糙度和供水方式，各节点数据包括节点类型和节点标高。
Sc：供水系统基础数据导入和节点流量分配。
节点流量包括大用户用水量、普通用户用水量、漏水水量和未计量水量。
其中，供水系统基础数据导入包括水厂、泵站基础数据的导入和用户水量的导入。
Sd：管网水力计算与平差。
管网水力计算与平差过程通过节点连续性方程、管段压降方程和回路能量方程结合导入的管网信息进行。
Se：微观水力模型校核。
微观水力模型校核是一个不断完善、反复调整的过程。
Sf：微观水利模型评估、更新和维护。
评价建立的管网水利模型是否满足建模要求，要考虑监测节点的压力实际值与模型压力计算值之差和监测管段的流量实际值与模型流量计算值误差小。由于给水管网的运行工况不断变化，要保证建立的模型实时有效，能够为供水单位提供可靠地技术参考，必须定期对建立的模型更新维护。管网添加新建的管线、删除废弃的管线，ing导入变化管线的属性信息。节点水量重新分配时及时更新大用户月度用水信息，重新对各节点水量进行分配，模型校核定期进行。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于水力模型的降低供水管网漏损方法，其特征在于：该方法包括建立宏观水利模型和建立微观水利模型，所述建立宏观水利模型过程通过混合遗传对大量水厂压力、流量计监测点历史数据的研究得出管网压力曲线模型；所述建立微观水利模型过程通过管网水力计算与平差对管网运行情况进行模拟。
2.根据权利要求1所述的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，其特征在于：所述宏观水利模型建立包括以下步骤：
S1：建立宏观水利模型；
S2：基于宏观水利模型建立压力曲线；
S3：修正宏观水利模型调度预案压力；
S4：优化水泵实现漏损控制。
3.根据权利要求2所述的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，其特征在于：步骤S1中建立宏观水利模型以水厂的供水压力、供水流量、水塔水位及管网监测点压力实测数据为基础。
4.根据权利要求3所述的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，其特征在于：建立的宏观水利模型的表达式如公式(1)所示：
其中，Qg为水厂供水流量，hk为水厂供水压力，Cj、Ajk、Bjp通过月供水流量计算得出。
5.根据权利要求4所述的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，其特征在于：所述宏观水利模型建立包括以下步骤：
Sa：建立微观水利模型；
Sb：给水管网拓扑结构简化；
Sc：供水系统基础数据导入和节点流量分配；
Sd：管网水力计算与平差；
Se：微观水力模型校核；
Sf：微观水利模型评估、更新和维护。
6.根据权利要求5所述的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，其特征在于：步骤Sa中，结合给水管网拓扑结构和各管段、节点属性数据建立微观水利模型。
7.根据权利要求6所述的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，其特征在于：所述各管段属性数据包括管长、标准管径、管材类型、管材粗糙度和供水方式，各节点数据包括节点类型和节点标高。
8.根据权利要求7所述的基于水力模型的降低供水管网漏损方法，其特征在于：步骤Sc中，节点流量包括大用户用水量、普通用户用水量、漏水水量和未计量水量。
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