CN111563332A - 基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，包括以下步骤：步骤1，根据获取的城镇供水管网的信息建立对应的微观水力模型，确定该城镇供水管网的多个测压点、对应区域内节点和连接方式，在实际的城镇供水管网中，对应安装测压表；步骤2，在城镇供水管网进行夜间调压实测，并采集入口流量值和各测压点的压力值；步骤3，通过采集的入口流量值和各测压点的压力值确定测压热点和估计漏失水量；步骤4，将估计得到的漏失水量加到测压热点对应的区域点进行模拟计算得到模拟目标函数，通过比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置。该方法能准确、高效定位漏失点的位置。

Description

基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法

技术领域

本发明涉及城镇给水管网系统中的漏失定位领域，尤其涉及一种基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法。

背景技术

对于水资源日益紧缺的当今社会，城镇给水管网系统中的漏失水量不容小觑。尽管各国都在漏失控制技术上进行着不停的探索，但是由于城镇供水总量较大，即使漏损率被控制在10％以内，单就水资源而言也是极大的浪费。

因此，如何通过高效的技术手段查明城镇给水管网中的漏失点，并及时进行修复成为漏失控制的重中之重。实际工程中应用较多且较为准确的方法是传统的听音探漏法，也有基于对听音探漏法优化的方法进行漏失检测定位的。

但传统的听音检漏法有着成本高、效率低的缺点。而基于对听音探漏法优化的方法进行漏失检测定位，但是也都存在受误差影响较大，定位精度较低的问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，能解决现有听音检漏法或类似方法，所存在的成本高、效率低以及定位精度较低等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，包括以下步骤：

步骤1，根据获取的需要进行漏失定位的城镇供水管网的节点信息、管道信息和管网拓扑结构建立对应的微观水力模型，根据所述微观水力模型确定该城镇供水管网的多个测压点和各测压点对应监测区域内的节点，并确定各测压点的连接方式，在实际的城镇供水管网中，按确定的各测压点的位置对应安装测压表；

步骤2，对所述城镇供水管网进行夜间调压实测，并采集入口流量计的入口流量值和各个远传测压表测得的各测压点的压力值；

步骤3，由通过采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值确定测压热点和估计漏失水量；

步骤4，将估计得到的所述漏失水量加到所述测压热点对应监测区域内的节点进行计算得到实测目标函数值，并根据所述微观水力模型模拟无漏失情况下采用同样的计算方法得到模拟目标函数值，通过比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，其有益效果为：

通过将上、下游节点的压力变化值作为目标函数，通过夜间的逐次降压实测辅以科学的数据分析方法，可以有效减小测压表高程误差和测量误差带来的负面影响，提高了漏失定位的准确度；与传统的听音探漏法相比，通过建立城镇供水管网的微观水力模型进行计算机模拟，结合相应的算法可实现一次实测定位多处漏失点，提高了漏失定位效率，节省了人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法流程图；

图2为本发明实施例提供的漏失定位方法的管网拓扑结构和测压点布置示意图；

图3为本发明实施例提供的测压表的连接方式示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，包括以下步骤：

步骤1，根据获取的需要进行漏失定位的城镇供水管网的节点信息、管道信息和管网拓扑结构建立对应的微观水力模型(该微观水力模型为包含管网静态数据和动态数据的拓扑结构，一般为电子版inp格式文件)，根据所述微观水力模型采用模糊聚类的方法确定该城镇供水管网的多个测压点和各测压点对应监测区域内的节点(即每个测压点对应一定的监测区域，这个监测区域包含的所有节点即为该监测区域内的节点)，并采用深度优先算法确定各测压点连接方式(该连接方式不是实际的水流通路，是为计算目标函数而确定的测压点之间的虚拟连接，如图3中的测压点图层即展示了测压点之间的这种连接方式)，在实际的城镇供水管网中，按确定的各测压点的位置对应安装测压表；优选的，测压表可采用远传测压表；

步骤2，对所述城镇供水管网进行夜间调压实测，并采集入口流量计的入口流量值和各个远传测压表测得的各测压点的压力值；

步骤3，通过采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值确定测压热点(区域内存在漏失点可能性最大的测压点即为测压热点)和估计漏失水量；

步骤4，将估计得到的所述漏失水量加到所述测压热点对应监测区域内的节点进行计算得到实测目标函数值，并根据所述微观水力模型模拟无漏失情况下采用同样的计算方法得到模拟目标函数值，通过比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置。

所述方法步骤2中，所述对城镇供水管网进行夜间调压实测的方式为：

将所述城镇供水管网的入口闸阀或者减压阀置于全开状态下保持压力稳定，持续时间 30～60min，而后按预估的漏失点数量2倍确定调压次数(预估的漏失点数量的方式是：通过水量平衡的方法预估出漏失点数量)，逐次调整所述城镇供水管网的入口闸阀或者减压阀，改变所述城镇供水管网的入口压力值，使所述城镇供水管网的整体压力相对于标准状态每次下降3～8m并保持压力稳定，持续时间为30～60min。

所述方法步骤3中，采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值确定测压热点为：

通过采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值求取测压点连接的目标函数，具体为：

上式(1)、(2)中，Δp^b _i,j表示标准测压下节点i和节点j之间的水头损失，Δp^j _i,j表示减压测压下的节点i和节点j之间的水头损失；p^b _i表示节点i在标准测压下的压力测定值；p^j _i表示节点i在减压测压下的压力测定值；

或计算归一化水头损失变化Δ²p^％ _IN,j，这里的IN指入口节点，这种方式考虑的是每个测压点和入口节点间的目标函数值，而不是每个测压点连接的目标函数值，即将上式(1)、 (2)中的节点i均替换为入口节点IN，其它按上式计算；

将最高的实测目标函数值对应的测压点确定为测压热点。

所述方法步骤3中，采用以下方式估计漏失水量l_b，具体为：

l_b＝q_b-d； (3)

上式(3)、(4)中，q_b为所述城镇供水管网处于不同测压状态下的入口总流量；d为所述城镇供水管网的用户需水量；p_bi为所述城镇供水管网处于不同状态下测压热点的压力稳态值；C和α分别为漏失系数和指数；n为测压热点数量或漏失点数量，调压次数至少为2n次。

所述方法步骤4中，所述比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置为：

将实测目标函数值与模拟目标函数值代入下式统计确定目标函数对比值B_i的值为：

上式(5)中，Δ²p^s _k表示第k号测压点连接的实测目标函数值；Δ²p^m _k表示第k号测压点连接的模拟目标函数值；K为所有测压点连接的数目(通过上述方法确定了测压点连接方式后，能得到哪些测压点间存在连接，K(此为大写的K)即为这些连接的总数目，迭代过程中每次代入上式进行计算的连接为第k(此为小写的k)号连接)；

B_i值最低的连接对应的节点为漏失点。

本发明的基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，通过合理选取优化目标和实测方式，使定位误差最小化，达到降低城镇供水管网漏损率，节约水资源，保障城镇饮用水供水安全和促进社会经济发展的目的。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

本发明所述一种基于夜间调压实测的城镇供水管网DMA漏失定位方法，按以下步骤进行：

步骤1、针对需要进行漏失定位的城镇供水管网(即DMA)，根据现场调研获取得到的节点信息和管道信息及管网拓扑结构建立微观水力模型，根据微观水力模型确定设置多个测压点、各测压点对应监测区域内的节点，并确定各测压点的连接方式，在实际城镇供水管网中对应各测压点位置布设测压表，可采用远传测压表；

步骤2、在该DMA进行夜间调压实测并收集入口流量计和各个测压表监测的压力值；

步骤3、通过采集到的入口流量和压力值确定测压热点和估计漏失水量；

步骤4、将估计得到的所述漏失水量加到所述测压热点对应监测区域内的节点进行计算得到实测目标函数值，并根据所述微观水力模型模拟无漏失情况下采用同样的计算方法得到模拟目标函数值，通过比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置。将漏失水量加到测压热点对应的区域点进行模拟并计算目标函数，通过实测和模拟得到的目标函数值比对进而精确定位漏失点的位置。

实施例一

本发明实施例提供一种基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，按以下步骤进行：

步骤1，对需要进行漏失定位的城镇供水管网(即DMA)，根据现场调研获取得到的节点信息、管道信息和管网拓扑结构建立对应的微观水力模型，根据微观水力模型确定多个测压点和每个测压点对应监测区域内的节点，并确定各测压点的连接方式，在实际的城镇供水管网按确定的测压点位置布设测压表(可采用远传测压表)；

步骤2，在该城镇供水管网进行夜间调压实测，并收集入口流量计的入口流量值和各个测压表测得的测压点的监测压力值；

步骤3，通过采集到的入口流量值和各测压点的压力值确定测压热点和估计漏失水量。

步骤4，将估计得到的漏失水量加到测压热点对应监测区域内的节点进行计算得到实测目标函数值，并根据所述微观水力模型模拟无漏失情况下采用同样的计算方法得到模拟目标函数值，比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置。

上述方法的步骤2中，所述的夜间调压实测主要内容如下：首先置DMA入口闸阀或者减压阀于全开状态(标准状态)下保持压力相对稳定(约30～60min)，而后逐次调整DMA入口闸阀或者减压阀改变DMA入口压力值，使管网的整体压力相对于标准状态每次下降3～8 m左右并稳定(约30～60min)。

上述方法的步骤3中，所述的测压热点的确定是利用分析后的数据求取测压点连接的目标函数为：

上述式(1)、(2)中，Δp^b _i,j表示标准测压的测压点i和测压点j之间的水头损失，Δp^j _i,j表示减压测压的测压点i和测压点j之间的水头损失；p^b _i表示测压点i在标准测压下的压力测定值，p^j _i表示测压点i在减压测压下的压力测定值；或计算归一化水头损失变化Δ²p^％ _IN,j，这里的IN特指入口节点，这种方式考虑的是每个测压点和入口节点间的目标函数值，而不是每个测压点连接的目标函数值，即将上式(1)、(2)中的节点i均替换为入口节点IN，其它按上式计算；

最高实测目标函数值对应的测压点即为测压热点。

上述方法的步骤3中，通过采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值用下式估计漏失水量l_b，具体为：

l_b＝q_b-d； (3)

上述式(3)、(4)中，p_bi和q_b为输入参数，C、α和d为待求解参数，通过输入不同状态下的压力和流量数据拟合得到上述未知参数的值，并可以通过C和α的经验范围判断拟合结果的优劣。q_b是管网处于不同测压状态下的入口总流量，d为DMA用户需水量，p_bi是管网处于不同测压状态下测压热点压力的稳态值，C和α分别是漏失系数和指数，C的取值范围为0.05～2.5，α的取值范围为0.5～2.5，n为测压热点个数或漏失点个数，调压次数至少为2n次。

上述方法的步骤4中，比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置，主要包含以下内容：(1)将漏失水量加到测压热点对应的区域点进行一系列的模拟并计算模拟目标函数值；(2)将实测目标函数值和模拟目标函数值代入下式进行统计检验：

上述式(5)中，Δ²p^s _k表示第k号测压点连接的实测和模拟目标函数值，Δ²p^m _k表示第k 号测压点连接的模拟目标函数值，K为所有测压点间的连接数；

确定的Bi值最低的连接对应的节点为漏失点。

所述步骤4中的目标函数与步骤3中确定测压热点所用的目标函数相同。

本发明将上、下游节点的压力变化值作为目标函数，通过夜间的逐次降压实测辅以科学的数据分析方法，可以有效减小测压表高程误差和测量误差带来的负面影响，提高了漏失定位的准确度。与传统的听音探漏法相比，通过建立管网微观模型进行计算机模拟，结合相应的算法可实现一次实测定位多处漏失点，提高了漏失定位效率，节省了人力成本。

为验证本发明的有益效果，以单漏失定位为例，对该定位方法进行如下说明：

实施例二

本实施例提供一种基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，按以下步骤进行：

步骤1、选取某市供水管网DMA进行管网建模和测压点的优化布置，该供水管网以支状管网为主，单水源入口，管网拓扑结构和测压点布置(可采用常规的模糊聚类方法进行测压点布置，也可采用其它常规的方法进行测压点布置)如图2所示，可用测压点及其对应的区域点如表1所示(注：表中“0”为填充值)：

表1可用测压点及其对应的区域点

步骤2、将测压点N29设为放水点进行夜间调压实测：凌晨0:30，DMA入口闸阀全开并调节N29放水点消火栓的开启度，同时用水表进行测定，放水量约为1L/s；凌晨1:00，保持DMA入口闸阀全开及放水点消火栓的开启度不变，管网处于标准态；凌晨2:00，调节 DMA入口闸阀在全开的基础上关闭20匝，保持放水点消火栓的开启度不变，管网处于中间态；凌晨3:00，调节DMA入口闸阀在全关的基础上打开四匝半，保持放水点消火栓的开启度不变，管网处于减压态；凌晨4:15，阀门复位，关闭放水点消火栓；

步骤3、对采集到的压力值进行分析后的结果如表2所示：

表2压力数据

测压点编号	测压表编号	标准态的压力(MPa)	减压	的压力(MPa)
					N2	39	0.292		0.255
N9	29	0.285		0.248
					N15	20	0.278		0.241
N20	33	0.278		0.242
					N21	31	0.278		0.242
N22	24	0.276		0.241
					N23	17	0.278		0.242
N25	40	0.28		0.244
					N28	22	0.275		0.24
N29	27	0.278		0.2415
					N30	16	0.28		0.243
N33	35	0.277		0.243
					N34	43	0.278		0.238
N35	15	0.279		0.242
					N36	30	0.275		0.241
N37	37	0.281		0.245
					N40	25	0.2855		0.2488

得到的测压表的连接方式如图3所示(可采用常规的深度优先算法进行确定，也可采用其它常规的方法进行确定)，并用表2数据计算各个测压表连接的目标函数，得到测压热点排序如表3所示(由于一个测压点对应多个管段连接，故可能在排序中出现多次)：

表3测压热点排序

排序	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													测压点号	N29	N31	N34	N22	N28	N38	N21	N21	N40	N9	N22	N9

表3续表测压热点排序

排序	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
												测压点号	N9	N39	N39	N20	N27	N34	N29	N34	N39	N32	N32

从表3和表3续表可以得到，测压热点排序前三位分别为测压点N29、测压点N31与测压点N34，对应于实际测压点为测压表16，测压表43和测压表37，由于测压点N29所对应的区域点只有N29，故定位到测压热点也就定位到实际的漏失点，无需后续估计漏失水量进行模拟实测比对。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据获取的需要进行漏失定位的城镇供水管网的节点信息、管道信息和管网拓扑结构建立对应的微观水力模型，根据所述微观水力模型确定该城镇供水管网的多个测压点和各测压点对应监测区域内的节点，并确定各测压点的连接方式，在实际的城镇供水管网中，按确定的各测压点的位置对应安装测压表；

步骤2，对所述城镇供水管网进行夜间调压实测，并采集入口流量计的入口流量值和各个远传测压表测得的各测压点的压力值；

步骤3，通过采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值确定测压热点和估计漏失水量；

步骤4，将估计得到的所述漏失水量加到所述测压热点对应监测区域内的节点进行计算得到实测目标函数值，并根据所述微观水力模型模拟无漏失情况下采用同样计算方法得到模拟目标函数值，通过比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置。

2.根据权利要求1所述的基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，其特征在于，所述方法步骤2中，所述对城镇供水管网进行夜间调压实测的方式为：

将所述城镇供水管网的入口闸阀或者减压阀置于全开状态下保持压力稳定，持续时间30～60min，而后按预估的漏失点数量2倍确定调压次数，逐次调整所述城镇供水管网的入口闸阀或者减压阀，改变所述城镇供水管网的入口压力值，使所述城镇供水管网的整体压力相对于标准状态每次下降3～8m并保持压力稳定，持续时间为30～60min。

3.根据权利要求1所述的基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，其特征在于，所述方法步骤3中，通过采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值确定测压热点为：

通过采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值求取测压点连接的目标函数，具体为：

上式(1)、(2)中，Δp^b _i,j表示标准测压下节点i和节点j之间的水头损失，Δp^j _i,j表示减压测压下的节点i和节点j之间的水头损失；p^b _i表示节点i在标准测压下的压力测定值；p^j _i表示节点i在减压测压下的压力测定值；

或计算归一化水头损失变化Δ²p^％ _IN,j，这里的IN指入口节点，将上式(1)、(2)中的节点i均替换为该入口节点IN；

将最高的目标函数值对应的测压点确定为测压热点。

4.根据权利要求1所述的基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，其特征在于，所述方法步骤3中，通过采集的所述入口流量值和各个测压表测得的各测压点的压力值用以下方式估计漏失水量l_b，具体为：

l_b＝q_b-d； (3)

上式(3)、(4)中，p_bi和q_b为输入参数，C、α和d为待求解参数，通过输入不同状态下的压力和流量数据拟合得到上述未知参数的值，并可以通过C和α的经验范围判断拟合结果的优劣。q_b为所述城镇供水管网处于不同测压状态下的入口总流量；d为所述城镇供水管网的用户需水量；p_bi为所述城镇供水管网处于不同状态下测压热点的压力稳态值；C和α分别为漏失系数和指数，C的取值范围为0.05～2.5，α的取值范围为0.5～2.5；n为测压热点数量或漏失点数量，调压次数至少为2n次。

5.根据权利要求1所述的基于夜间调压实测的城镇供水管网漏失定位方法，其特征在于，所述方法步骤4中，所述比对实测目标函数值与模拟目标函数值精确定位漏失点的位置为：

将实测目标函数值与模拟目标函数值代入下式统计确定目标函数对比值B_i的值为：

上式(5)中，Δ²p^s _k表示第k号测压点连接的实测目标函数值；Δ²p^m _k表示第k号测压点连接的模拟目标函数值；K为所有测压点连接的数目；

目标函数对比值B_i值最低的连接对应的节点为漏失点。

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