CN111177873B - 一种供水管网可靠性模型的建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供水管网可靠性模型的建模方法，模拟供水管网的水量可靠性、水压可靠性及水质可靠性，其中水质可靠性采用余氯指标衡量，通过调用计算引擎EPANET软件实现供水管网的水力及水质模型，编制MATLAB程序代码调用EPANET工具箱实现可靠性模拟计算过程。定义节点可靠性为水压力可靠性、水量可靠性和水质可靠性的最小值，通过集成不同时刻t不同节点j的可靠性定义供水管网的系统可靠性。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明可以模拟在供水管网的系统可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及供水管网可靠性模型，尤其涉及一种供水管网可靠性模型的建模方法。
背景技术
城市供水管网系统是一个复杂的系统。供水管网可靠性涉及机械可靠性、水力可靠性和水质可靠性。其中机械可靠度用于评估整个管网的连通情况，确定组件在任何时候均保持有效状态的概率；水力可靠度是指在特定情况下的指定时间段内，供水系统可以提供满足用户所需水量水压的概率；水质可靠性衡量供水管网水质满足饮用水水质标准的概率，大多采用余氯指标代替管网水质。
目前对于机械可靠性、水力可靠性研究的较多，而水质可靠性由于比较复杂，研究相对较少。而供水管网水质的可靠性是人民群众及管理部门密切关注的焦点，是人民生命安全和生活质量的重要保证，因此综合水质可靠性研究供水管网的系统可靠性至关重要。
发明内容
发明目的：为考察供水管网的可靠性，通过水力模拟和水质模拟确定管网节点水压、节点水量及节点余氯浓度的变化，综合考虑各时段各节点的输出参数确定管网可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
1.供水管网可靠性由水压可靠性、水量可靠性和水质可靠性组成，其中水压可靠性采用公式(1)定义：
其中，Rj(P)为节点j时刻t的压力可靠性，Pj为正常状态下节点j时刻t的压力，为最小可接受压力水平，/>为最小期待压力水平。
水量可靠性采用公式(2)来定义
其中，Rj(Q)为节点j时刻t的水量可靠性，为节点j时刻t期待的节点流量，/>为节点j时刻t期待的可获得的流量，n为流量与压力的关系指数，一般在1.5到2之间。
水质可靠性采用公式(3)定义
其中Rj(C)为节点j时刻t的水质可靠性，Cj为正常状态下节点j时刻t的水质，采用余氯浓度作为代表。
节点j时刻t的综合可靠性Rj(com)采用公式(4)定义：
Rj(com)＝min[Rj(P),Rj(Q),Rj(C)] (4)
管网系统可靠性采用式(5)——(6)定义
其中，RT(S)为时刻t管网系统可靠性，R(S)为管网可靠性。
本发明通过EPANET水力及水质计算引擎，动态模拟管网的输出参数的动态变化，分别定义管网的水压可靠性、水量可靠性及水质可靠性，采取其中的最小值作为某节点某时段的可靠性，集成各时段及各节点的可靠性定义管网的系统可靠性。
其中，通过编制MATLAB计算程序调用EPANET工具箱；水质可靠性采用节点余氯指标进行衡量；将各节点的水压可靠性、水量可靠性和水质可靠性的最小值作为该节点的可靠性度量，并集成不同时刻不同节点的可靠性定义供水管网的系统可靠性；通过模拟管网系统在管段失效状态下的各输出参数及系统可靠性，得到管网中各管段对于保证可靠性的重要程度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：可以模拟供水管网的系统可靠性。
附图说明
图1为供水管网布置图。
图2为在不同管段失效状态的的管网可靠性图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行完整清楚地描述。
如图1所示的供水管网，各管段的管长(m)、管径(mm)、管段编号、各节点的需水量、节点编号如图所示，各管段的粗糙系数为100，管网水质模型采用一阶衰减模型，管壁衰减系数为-1/天。
将管网信息采用EPANET计算引擎进行水力和水质模拟，通过编制MATLAB程序调用EPANET的工具箱实现模拟结果的获取，通过公式(1)—(6)分别计算各节点的水压可靠性、水量可靠性及水质可靠性，进而得到管网的系统可靠性。
如图2所示，模拟在不同管段失效状态下管网的系统可靠性，通过模拟结果对管网的管段进行比较，确定从可靠性保障角度出发的管段重要程度，为相关部门提供科学依据。
Claims (1)
1.一种供水管网可靠性模型的建模方法，其特征在于，具体步骤为：通过EPANET水力及水质计算引擎，动态模拟管网的输出参数的动态变化，分别定义管网的水压可靠性、水量可靠性及水质可靠性，采取其中的最小值作为某节点某时段的可靠性，集成各时段及各节点的可靠性定义管网的系统可靠性；通过编制MATLAB计算程序调用EPANET工具箱；水质可靠性采用节点余氯指标进行衡量；将各节点的水压可靠性、水量可靠性和水质可靠性的最小值作为该节点的可靠性度量，并集成不同时刻不同节点的可靠性定义供水管网的系统可靠性；通过模拟管网系统在管段失效状态下的各输出参数及系统可靠性，得到管网中各管段对于保证可靠性的重要程度；
其中水压可靠性采用公式(1)定义：
其中，Rj(P)为节点j时刻t的压力可靠性，Pj为正常状态下节点j时刻t的压力，为最小可接受压力水平，/>为最小期待压力水平；
水量可靠性采用公式(2)来定义
其中，Rj(Q)为节点j时刻t的水量可靠性，为节点j时刻t期待的节点流量，/>为节点j时刻t期待的可获得的流量，n为流量与压力的关系指数，在1.5到2之间；
水质可靠性采用公式(3)定义
其中Rj(C)为节点j时刻t的水质可靠性，Cj为正常状态下节点j时刻t的水质，采用余氯浓度作为代表；
节点j时刻t的综合可靠性Rj(com)采用公式(4)定义：
Rj(com)＝min[Rj(P), Rj(Q),Rj(C)] (4)
管网系统可靠性采用式(5)—(6)定义
其中，RT(S)为时刻t管网系统可靠性，R(S)为管网可靠性。
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