CN115456432A - 供水管道重要性评估方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

供水管道重要性评估方法及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN115456432A CN202211141322.9A CN202211141322A CN115456432A CN 115456432 A CN115456432 A CN 115456432A CN 202211141322 A CN202211141322 A CN 202211141322A CN 115456432 A CN115456432 A CN 115456432A
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Abstract

本发明公开了一种供水管道重要性评估方法及计算机可读存储介质，方法包括：构建供水管网水力模型；在所述供水管网水力模型中依次关闭各待评估管道，获取各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，并分别计算各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数；分别根据各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，计算各待评估管道的重要性指数；根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估。本发明可综合考虑管道失效对于管网流量、压力、管道水流方向的影响，对管道的重要性实现科学有效的评估。

Description

供水管道重要性评估方法及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及供水技术领域，尤其涉及一种供水管道重要性评估方法及计算机可读存储介质。
背景技术
城市供水管网系统是城市基础设施的重要组成部分，是城市稳定发展的基本保障。城市供水管网的正常运行不仅关系到整个城市的居民生活和企业生产，还影响着消防等公共安全保障工作的开展。确保供水管网的安全可靠也是各水务公司密切关注的问题。当管道发生损坏时，不仅会造成水资源的浪费，还会影响工业生产和居民生活的正常用水，而不同的管道发生损坏时，带来的影响也不同。
供水管网的组成复杂，管道数量繁多。在日常维护过程中，对每一根管道进行实时监测和同等频率的检修是不具备可行性的，在实际管理养护工作中，水务公司往往更关注重要程度较高、损坏时造成影响更大的管道，对重要性较高的管道加强监测、管理与维护，能够更加高效、有针对性地对城市供水管网进行管理，充分保障城市供水的可靠性及安全性。
目前评估管道重要性的方法主要是根据经验，通常将管径大、水量多，或是有重要用户接入的管道作为重要性较高的管道。然而根据经验来确定重要管道的方法缺乏科学性和准确性，也具有一定的局限性。
在公开号为CN112784425A的中国专利文件中公开了一种提取管网分区关键管线的方法，包括：构建城市供水管网水力模型；基于供水管网水力模型构建管道故障模型；根据管龄和管径计算管道的故障率；根据管道i失效后管网中其他节点实际可用流量与需水量之比，计算管道i的影响度Ei；再将管道影响度Ei除以管长li，得到单位管长的影响度ei，最后根据影响度值的大小找出关键管道，实现管道重要性的自动化分析。
另外，在公开号为CN107146009A的中国专利文件中公开了一种供水管网运行状态的评估方法，其中提到了节点压力相关权重系数的概念，即根据每个压力节点与其他压力节点的相关性分析求解平均相关性，平均相关性越高的压力节点更能准确地反映整个管网的情况。
但上述方法仅仅根据管道失效时对其他节点的流量造成的影响来选取重要管道，或将节点压力作为评估指标，评估标准较为单一，也忽略了管道损坏带来的其他问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种供水管道重要性评估方法及计算机可读存储介质，可综合考虑管道失效对于管网流量、压力、管道水流方向的影响，对管道的重要性实现科学有效的评估。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种供水管道重要性评估方法，包括：
构建供水管网水力模型；
在所述供水管网水力模型中依次关闭各待评估管道，获取各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，并根据所述各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，分别计算各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数；
分别根据各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，计算各待评估管道的重要性指数；
根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本发明的有益效果在于：通过建立供水管网水力模型，可快速模拟不同管道失效时对管网流量、压力、管道水流方向的影响，根据模拟结果计算出管道的重要性指数，定量评估管道的重要性等级。本发明可实现对管网中重要管道的高效识别，便于水务公司快速判断管网中不同管道的重要性等级，以制定更加经济、合理、高效的管理维护方案，并且综合考虑了管道失效对于管网流量、压力、管道水流方向的影响，提高了管道重要性评估的有效性和准确性。
附图说明
图1为本发明的一种供水管道重要性评估方法的流程图；
图2为本发明实施例一的方法流程图；
图3为本发明实施例一的管道重要性评估结果的示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，一种供水管道重要性评估方法，包括：
构建供水管网水力模型；
在所述供水管网水力模型中依次关闭各待评估管道，获取各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，并根据所述各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，分别计算各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数；
分别根据各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，计算各待评估管道的重要性指数；
根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可综合考虑管道失效对于管网流量、压力、管道水流方向的影响，对管道的重要性实现科学有效的评估。
进一步地，所述在所述供水管网水力模型中依次关闭各待评估管道，获取各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，并根据所述各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，分别计算各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数具体为：
通过水力平差计算，得到正常工况下各节点的第一流量值以及各管道的第一水流方向；
遍历所述供水管网水力模型中的各待评估管道，依序从所述各待评估管道中选定一待评估管道；
对所述一待评估管道进行关闭操作，并通过水力平差计算，得到各节点的第二流量值和压力值以及各管道的第二水流方向；
根据各节点的第一流量值和第二流量值，计算所述一待评估管道的水量影响参数；
根据各节点的压力值以及预设的最小压力值，计算所述一待评估管道的压降影响参数；
根据各管道的第一水流方向和第二水流方向以及各管道的长度，计算所述一待评估管道的流量反向评价参数。
由上述描述可知，通过利用供水管网水力模型进行模拟计算和水力分析，综合考虑了管道失效对于管网流量、压力、管道水流方向的影响。
进一步地，所述根据各节点的第一流量值和第二流量值，计算所述一待评估管道的水量影响参数具体为：
根据水量影响参数计算公式，计算所述一待评估管道的水量影响参数，所述水量影响参数计算公式为
Figure BDA0003853678420000041
其中，F为水量影响参数，Qj1为第j个节点的第一流量值，Qj2为第j个节点的第二流量值，M为供水管网中的节点总数。
由上述描述可知，由于某根管道损坏时，其周边其他管道及用户的供水量都会受到影响，因此，水量影响参数可根据管道失效后对其他节点水量的影响程度来定义。
进一步地，所述根据各节点的压力值以及预设的最小压力值，计算所述一待评估管道的压降影响参数具体为：
分别将各节点的压力值与预设的最小压力值进行比较，确定压力值小于预设的最小压力值的节点数量；
根据压降影响参数计算公式，计算所述一待评估管道的压降影响参数，所述压降影响参数计算公式为P＝N/M，其中，P为压降影响参数，N为压力值小于预设的最小压力值的节点数量，M为供水管网中的节点总数。
由上述描述可知，由于某根管道损坏时，会造成管网中部分区域压力下降，有多个节点的水压将低于该节点的最小压力要求，因此，压降影响参数可根据压力无法满足要求的节点数占比来定义。
进一步地，所述根据各管道的第一水流方向和第二水流方向以及各管道的长度，计算所述一待评估管道的流量反向评价参数具体为：
根据各管道的第一水流方向和第二水流方向，确定水流反向的管道，并根据各水流反向的管道的长度，计算各水流反向的管道的长度之和；
根据流量反向评价参数计算公式，计算所述一待评估管道的流量反向评价参数，所述流量反向评价参数计算公式为Q＝S/L，其中，Q为流量反向评价参数，S为各水流反向的管道的长度之和，L为供水管网中的管道总长度。
由上述描述可知，由于某根管道损坏时，不仅会影响其他管道与节点的流量，还会造成管网局部压力下降，并使得部分管道水流方向发生改变，而水流状态的急剧改变，会使管道内沉淀的杂质在水流作用下流动起来，从而影响水质，因此，流量反向评价参数可根据管道损坏后，水流反向管道的长度占比来定义。
进一步地，分别根据各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，计算各待评估管道的重要性指数具体为：
根据重要性指数计算公式，计算一待评估管道的重要性指数，所述重要性指数计算公式为Ri＝w1×F+w2×P+w3×Q，其中，Ri为所述一待评估管道的重要性指数，F、P和Q分别为所述一待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，w1、w2和w3分别为预设的第一权值、第二权值和第三权值。
进一步地，w1＝0.4，w2＝0.3，w3＝0.3。
由上述描述可知，管道的重要性指数根据管道失效后对于管网流量、压力、管道水流方向的影响综合定量计算。
进一步地，所述根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估具体为：
根据重要性指数将各待评估管道从大到小进行排序；
分别根据各待评估管道的排序位置，确定各待评估管道的重要性等级。
由上述描述可知，根据管道的重要性指数确定管道重要性等级，等级越高，重要性越强，管理养护的要求越高。
进一步地，所述根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估之后，进一步包括：
在所述供水管网水力模型中展示各待评估管道的重要性评估结果。
由上述描述可知，便于直观、清晰地识别管网中的重要管线。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
实施例一
请参照图2-3，本发明的实施例一为：一种供水管道重要性评估方法，可应用于市政地下给水工程。
如图2所示，包括如下步骤：
S1：构建供水管网水力模型，即使用建模软件构建区域供水管网的水力模型。模型建立过程中，导入管道、节点、阀门的GIS数据，水厂、泵站数据，监测点SCADA(SupervisoryControl And Data Acquisition，数据采集与监视控制)数据和营收水量的数据，搭建模型框架；后续利用软件对供水管网进行水力平差计算，可以得到管网中各管道的水量和各节点的压力。
S2：在所述供水管网水力模型中依次关闭各待评估管道，获取各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，并根据所述各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，分别计算各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数。
为了模拟现实中管道发生爆管、损坏等情况时对管网造成的影响，在软件中依次将各待评估管道关闭，获取管道失效工况下整个管网的水力情况，包括所有节点的压力、流量以及各管道的水流方向。
具体地，所述步骤S2包括：
S201：通过水力平差计算，得到正常工况下各节点的第一流量值以及各管道的第一水流方向。
S202：遍历所述供水管网水力模型中的各待评估管道，依序从各待评估管道中选定一待评估管道。
S203：对所述一待评估管道进行关闭操作，并通过水力平差计算，得到各节点的第二流量值和压力值以及各管道的第二水流方向；其中，管道的水流方向可以根据各节点的压力及流量确定。
S204：根据各节点的第一流量值和第二流量值，计算所述一待评估管道的水量影响参数。
当某一根管道i损坏时，其周边其他管道及用户的供水量都会受到影响。因此，水量影响参数F可根据管道失效后对其他节点水量的影响程度来定义。具体地，本实施例中，水量影响参数F的计算公式如下：
Figure BDA0003853678420000071
其中，Qj1为节点j的第一流量值，即节点j在正常工况下的流量，Qj2为节点j的第二流量值，即管道i损坏时节点j的实际流量；M为供水管网中的节点总数。
S204：根据各节点的压力值以及预设的最小压力值，计算所述一待评估管道的压降影响参数。
当某一根管道i损坏时，会造成管网中部分区域压力下降，有多个节点的水压将低于该节点的最小压力要求。因此，压降影响参数P可根据压力无法满足要求的用户数占比来定义。
具体地，本实施例中，压降影响参数P的计算公式为：P＝N/M，其中，N为压力值小于预设的最小压力值的节点数量，即管道i损坏后压力低于使用要求的节点数量；M为供水管网中的节点总数。
S205：根据各管道的第一水流方向和第二水流方向以及各管道的长度，计算所述一待评估管道的流量反向评价参数。
当某一根管道i损坏时，不仅会影响其他管道与节点的流量，还会造成管网局部压力下降，并使得部分管道水流方向发生改变，若管道中的水流反向，会急剧改变管网中水的流动状态，使管道内沉淀的杂质在水流作用下流动起来，引起水质变差。因此，流量反向评价参数Q可根据管道损坏后，水流反向管道的长度占比来定义。
具体地，本实施例中，先根据各管道的第一水流方向和第二水流方向，确定水流反向的管道，即判断同一管道的第一水流方向和第二水流方向是否相同，若是，则判定该管道水流同向，若否，则判定该管道为水流反向的管道。然后计算所有水流反向的管道的长度之和。接着计算反向评价参数，流量反向评价参数Q的计算公式为：Q＝S/L，其中，S为各水流反向的管道的长度之和，L为供水管网中的管道总长度。
S3：分别根据各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，计算各待评估管道的重要性指数。
具体地，根据一待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，计算所述一待评估管道的重要性指数，重要性指数R的计算公式为：
Ri＝w1×F+w2×P+w3×Q
其中，Ri为所述一待评估管道的重要性指数，F为所述一待评估管道的水量影响参数，P为所述一待评估管道的压降影响参数，Q所述一待评估管道的为流量反向评价参数，w1为预设的水量影响参数对应的第一权值，w2为预设的压降影响参数对应的第二权重，w3为预设的流量反向评价参数对应的第三权值。
本实施例中，w1＝0.4，w2＝0.3，w3＝0.3，即Ri＝0.4×F+0.3×P+0.3×Q。
S4：根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估。
具体地，将整个管网中所有待评估管道按照重要性指数从大到小排序，然后分别根据各待评估管道的排序位置，确定各待评估管道的重要性等级。
本实施例中，将排在前10％的待评估管道的重要性等级设为第一等级，表示这些管道的重要性高，需要进行重点监测和管理，加强管理养护；将重要性指数排在10％～50％的待评估管道的重要性等级设为第二等级，表示这些管道的重要性一般，定期进行维护即可；将重要性指数排在50％之后的待评估管道的重要性等级设为第三等级，表示这些管道的重要性低，不作为日常监测管理的重点。
S5：在供水管网水力模型展示管道重要性评估结果。
如图3所示，将管道重要性的评估结果在水力模型中进行展示，根据图例区分出不同重要性等级的管道，从而可直观、清晰地识别管网中的重要管线。
本实施例通过建立供水管网水力模型，可快速模拟不同管道失效时对管网流量、压力、管道水流方向的影响，根据模拟结果计算出管道的重要性指数，定量评估管道的重要性等级，并进行分类与直观地展示。
本实施例综合、高效地实现了对于管网中重要管道的识别，告别了传统根据人工经验进行判断的方式，也不再依赖单一的指标进行评价和筛选，便于水务公司快速判断管网中不同管道的重要性等级，制定更加经济、合理、高效的管网管理方式，为提高供水效率、保障城市供水安全、节能增效提供了理论依据和技术支持，具有较高的经济效益和社会效益。
实施例二
本实施例是对应上述实施例的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述实施例中供水管道重要性评估方法的各个步骤，且能达到相同的技术效果，此处不再累述。
综上所述，本发明提供的一种供水管道重要性评估方法及计算机可读存储介质，通过建立供水管网水力模型，可快速模拟不同管道失效时对管网流量、压力、管道水流方向的影响，根据模拟结果计算出管道的重要性指数，定量评估管道的重要性等级，并进行分类与直观地展示，便于水务公司快速判断管网中不同管道的重要性等级，制定更加经济、合理、高效的管网管理方式，为提高供水效率、保障城市供水安全、节能增效提供了理论依据和技术支持，具有较高的经济效益和社会效益，对于保障城市供水安全、优化管网管理方式具有重要意义。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种供水管道重要性评估方法，其特征在于，包括：
构建供水管网水力模型；
在所述供水管网水力模型中依次关闭各待评估管道，获取各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，并根据所述各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，分别计算各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数；
分别根据各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，计算各待评估管道的重要性指数；
根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估。
2.根据权利要求1所述的供水管道重要性评估方法，其特征在于，所述在所述供水管网水力模型中依次关闭各待评估管道，获取各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，并根据所述各节点的流量变化值和压力值以及各管道的水流方向，分别计算各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数具体为：
通过水力平差计算，得到正常工况下各节点的第一流量值以及各管道的第一水流方向；
遍历所述供水管网水力模型中的各待评估管道，依序从所述各待评估管道中选定一待评估管道；
对所述一待评估管道进行关闭操作，并通过水力平差计算，得到各节点的第二流量值和压力值以及各管道的第二水流方向；
根据各节点的第一流量值和第二流量值，计算所述一待评估管道的水量影响参数；
根据各节点的压力值以及预设的最小压力值，计算所述一待评估管道的压降影响参数；
根据各管道的第一水流方向和第二水流方向以及各管道的长度，计算所述一待评估管道的流量反向评价参数。
3.根据权利要求2所述的供水管道重要性评估方法，其特征在于，所述根据各节点的第一流量值和第二流量值，计算所述一待评估管道的水量影响参数具体为：
根据水量影响参数计算公式，计算所述一待评估管道的水量影响参数，所述水量影响参数计算公式为
Figure FDA0003853678410000021
其中，F为水量影响参数，Qj1为第j个节点的第一流量值，Qj2为第j个节点的第二流量值，M为供水管网中的节点总数。
4.根据权利要求2所述的供水管道重要性评估方法，其特征在于，所述根据各节点的压力值以及预设的最小压力值，计算所述一待评估管道的压降影响参数具体为：
分别将各节点的压力值与预设的最小压力值进行比较，确定压力值小于预设的最小压力值的节点数量；
根据压降影响参数计算公式，计算所述一待评估管道的压降影响参数，所述压降影响参数计算公式为P＝N/M，其中，P为压降影响参数，N为压力值小于预设的最小压力值的节点数量，M为供水管网中的节点总数。
5.根据权利要求2所述的供水管道重要性评估方法，其特征在于，所述根据各管道的第一水流方向和第二水流方向以及各管道的长度，计算所述一待评估管道的流量反向评价参数具体为：
根据各管道的第一水流方向和第二水流方向，确定水流反向的管道，并根据各水流反向的管道的长度，计算各水流反向的管道的长度之和；
根据流量反向评价参数计算公式，计算所述一待评估管道的流量反向评价参数，所述流量反向评价参数计算公式为Q＝S/L，其中，Q为流量反向评价参数，S为各水流反向的管道的长度之和，L为供水管网中的管道总长度。
6.根据权利要求1所述的供水管道重要性评估方法，其特征在于，所述分别根据各待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，计算各待评估管道的重要性指数具体为：
根据重要性指数计算公式，计算一待评估管道的重要性指数，所述重要性指数计算公式为Ri＝w1×F+w2×P+w3×Q，其中，Ri为所述一待评估管道的重要性指数，F、P和Q分别为所述一待评估管道的水量影响参数、压降影响参数和流量反向评价参数，w1、w2和w3分别为预设的第一权值、第二权值和第三权值。
7.根据权利要求6所述的供水管道重要性评估方法，其特征在于，w1＝0.4，w2＝0.3，w3＝0.3。
8.根据权利要求1所述的供水管道重要性评估方法，其特征在于，所述根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估具体为：
根据重要性指数将各待评估管道从大到小进行排序；
分别根据各待评估管道的排序位置，确定各待评估管道的重要性等级。
9.根据权利要求1所述的供水管道重要性评估方法，其特征在于，所述根据各待评估管道的重要性指数，对各待评估管道的重要性进行评估之后，进一步包括：
在所述供水管网水力模型中展示各待评估管道的重要性评估结果。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的方法。
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