CN116188198A - 供水管网运行状态诊断方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

供水管网运行状态诊断方法及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN116188198A CN202211601197.5A CN202211601197A CN116188198A CN 116188198 A CN116188198 A CN 116188198A CN 202211601197 A CN202211601197 A CN 202211601197A CN 116188198 A CN116188198 A CN 116188198A
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马桥
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Qingdao West Coast Public Utilities Group Water Affairs Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种供水管网运行状态诊断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；根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分，所述诊断指标包括压力、用水缺额、水龄、管材、管龄、管道反向次数以及单位水头损失；确定各诊断指标的权重，并根据各诊断指标的评分以及各诊断指标的权重，计算供水管网的综合评分；根据供水管网的综合评分，确定供水管网的运行状态。本发明可快速、合理地诊断供水管网运行状态。

Description

供水管网运行状态诊断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网运行状态诊断方法及计算机可读存储介质。
背景技术
城市供水管网建设是城市基础建设的重要组成部分，供水管网的正常运行对保障城市人民生活与生产发展至关重要。随着城市化的进程不断提高，城市供水管网涵盖的范围越来越广，服务的用户越来越多，管网也变的越来越复杂，水务公司也面临极大的管理与维护压力。采用科学、合理的方法对供水管网的运行状态进行诊断，能为供水管网的维护更新提供指导方向，降低管网爆管等事故出现的风险，提高管网供水的安全性、可靠性，具有重要的指导意义与实用价值。
目前在水力模型中供水管网运行状态的诊断方法主要是历史数据分析与实地检测。历史数据分析法需要多年积累的历史数据进行统计分析，数据会有不充分、不准确的情况，且耗费大量人力，同时未通过水力模型进行原因分析，很大程度只能得到一些经验性的结论。实地监测法需要实地测量管网内的压力、流量等数据，同样没有水力模型的计算分析，只能获得测点附近的情况，不能把握整个管网的情况。
在公开号为CN112348231A的中国专利公开文件中，公开了一种基于动态运行综合状态评价的供水管网优化方法，该方法对管网的各状态变量进行模拟仿真，通过对结构可靠性指标、水力可靠性指标及水质可靠性三项指标分别进行评价，通过模糊层次分析法计算指标权重，最终得出管网动态运行综合状态评价得分，并采用一种遗传算法对管道进行优化。但该方法在模糊层次分析法中，简单地用管网发生事故的次数作为参考序列，而没有考虑具体管网的规模以及发生事故的影响程度。在应用遗传算法的过程中，优化的目标僵硬地使用了水质及压力，而优化方式则是对二次加压泵站与加氯点进行数值上的调整，但管网中的问题是多样的，解决方案也是多样的，该方法未对特定的问题进行优化与解决。最后，该方法的评价指标未考虑管网内的压力、流量等是随时间变化的，在不同时刻所得到的评分应该是不同的。
在公开号为CN107146009A的中国专利公开文件中，公开了一种供水管网运行状态评估方法，该方法根据前一段时间内的不同指标的权重比确定下一时刻的指标选取后，确定评估标准并对运行状态进行动态评估。但该方法未对管网中的静态指标进行评估，管网的综合评价不够完善，并且，在不同的时间段，使用该方法做出的评价结果是不同的，该方法未给出一个24时以内或更长时间段的管网综合评价。同时，该方法并未聚焦管网中的问题，未能给出管网内的问题集合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种供水管网运行状态诊断方法及计算机可读存储介质，可快速、合理地诊断供水管网运行状态。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种供水管网运行状态诊断方法，包括：
构建供水管网水力模型；
根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分，所述诊断指标包括压力、用水缺额、水龄、管材、管龄、管道反向次数以及单位水头损失；
确定各诊断指标的权重，并根据各诊断指标的评分以及各诊断指标的权重，计算供水管网的综合评分；
根据供水管网的综合评分，确定供水管网的运行状态。
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，可以动态模拟管网的运行状态，对管网状态进行实时监测与模拟计算；利用供水管网水力模型的计算结果进行统计分析，具有与实际管网较好的贴合度、较高的准确性与实用性；诊断指标包括静态指标和动态指标，综合考虑了影响管网运行的因素，完善了对管网的综合评价；通过定量分析，可快速、合理地诊断供水管网运行中存在的潜在问题，为供水管网运行状态的诊断提供了一个客观标准，方便水务工作人员快速、直观地确认问题，为后期规划建设、管理调度提供有效参考，提高运营水平。
附图说明
图1为本发明的一种供水管网运行状态诊断方法的流程图；
图2为本发明实施例一的方法流程图。
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1，一种供水管网运行状态诊断方法，包括：
构建供水管网水力模型；
根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分，所述诊断指标包括压力、用水缺额、水龄、管材、管龄、管道反向次数以及单位水头损失；
确定各诊断指标的权重，并根据各诊断指标的评分以及各诊断指标的权重，计算供水管网的综合评分；
根据供水管网的综合评分，确定供水管网的运行状态。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过定量分析，可快速、合理地诊断供水管网运行中存在的问题，为供水管网运行状态的诊断提供了一个客观标准。
进一步地，所述根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分之前，进一步包括：
对所述供水管网水力模型进行校验；
若校验通过，则执行所述根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分的步骤；
所述对所述供水管网水力模型进行校验具体为：
对所述供水管网水力模型进行水力平差计算，得到各压力监测点在预设的多个时段的模拟压力值以及各流量监测点在预设的多个时段的模拟流量值；
获取各压力监测点在预设的多个时段的实际压力值以及各流量监测点在预设的多个时段的实际流量值；
分别根据各压力监测点在预设的多个时段的模拟压力值和实际压力值，通过第一公式计算各压力监测点的多时刻绝对误差均值；
分别根据各流量监测点在预设的多个时段的模拟流量值和实际流量值，通过第二公式计算各流量监测点的多时刻相对误差率均值；
若多时刻绝对误差均值小于或等于预设的第一压力阈值的压力监测点数量占压力监测点总数的预设第一比例以上、多时刻绝对误差均值小于或等于预设的第二压力阈值的压力监测点数量占压力监测点总数的预设第二比例以上且多时刻相对误差率均值小于或等于预设的第一百分比的流量监测点数量占流量监测点总数的预设第三比例以上，则判定校验通过；
所述第一公式为
Figure BDA0003995242910000041
所述第二公式为
Figure BDA0003995242910000042
其中，ε为压力监测点的多时刻绝对误差均值，Ht为所述压力监测点在第t个时段的实际压力值，Ht sim为所述压力监测点在第t个时段的模拟压力值，T为预设的总时段数；δ为流量监测点的多时刻相对误差率均值，Qt为所述流量监测点在第t个时段的实际流量值，Qt sim为所述流量监测点在第t个时段的模拟流量值；
预设的第一压力阈值为0.02MPa，预设第一比例为90％，预设的第二压力阈值为0.01MPa，预设第二比例为50％，预设的第一百分比为20％，预设第三比例为90％。
由上述描述可知，通过对供水管网水力模型进行校验，保证供水管网水力模型可以模拟现实中所研究区域的供水情况，提高后续评分计算的准确性。
进一步地，所述根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分，具体为：
通过水力平差计算，获取所述供水管网水力模型中各节点在各时段的压力值，并根据各节点的压力值处于预设的低压范围的时段数以及预设的总时段数，计算供水管网对应压力指标的指标值；
分别根据各节点的基本用水量和实际用水量，计算各节点在各时段的用水缺额，并根据各节点的用水缺额大于预设的用水缺额阈值的时段数以及预设的总时段数，计算供水管网对应用水缺额指标的指标值；
通过水力平差计算，获取各节点的水龄，并根据水龄大于预设的水龄阈值的节点数以及供水管网水力模型中的节点总数，计算供水管网对应水龄指标的指标值；
获取各管道的管材，并根据管材为预设材质的管道的横截面积总和以及供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，计算供水管网对应管材指标的指标值；
获取各管道的管龄，并根据管龄大于预设的管龄阈值的管道的横截面积总和以及供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，计算供水管网对应管龄指标的指标值；
通过水力平差计算，获取各管道的水流方向发生改变的次数，并根据水流方向发生改变的次数大于预设的次数阈值的管道的横截面积总和以及供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，计算供水管网对应管道反向次数指标的指标值；
通过水力平差计算，获取各管道在各时段的单位水头损失，并根据各管道的单位水头损失大于预设的损失阈值的时段数、各管道的横截面积、供水管网水力模型中各管道的横截面积总和以及预设的总时段数，计算供水管网对应单位水头损失指标的指标值；
分别根据各诊断指标的指标值以及预设的指标评分关联表，确定各诊断指标的评分。
由上述描述可知，对压力、用水缺额等诊断指标进行评估时，考虑了持续时间的因素，使得评估结果更为全面准确。
进一步地，所述根据各节点的压力值处于预设的低压范围的时段数以及预设的总时段数，计算供水管网对应压力指标的指标值，具体为：
根据压力指标计算公式，计算供水管网对应压力指标的指标值，所述压力指标计算公式为
Figure BDA0003995242910000061
其中，γ1为供水管网对应压力指标的指标值，N为供水管网水力模型中的节点总数，T1i’为第i个节点的压力值处于预设的低压范围的时段数，T为预设的总时段数。
进一步地，所述分别根据各节点的基本用水量和实际用水量，计算各节点在各时段的用水缺额，并根据各节点的用水缺额大于预设的用水缺额阈值的时段数以及预设的总时段数，计算供水管网对应用水缺额指标的指标值，具体为：
根据用水缺额计算公式，计算一节点在一时段的用水缺额，所述用水缺额计算公式为
Figure BDA0003995242910000062
Figure BDA0003995242910000063
其中，Wi为供水管网水力模型中的第i个节点在一时段的用水缺额，qi req为第i个节点在所述一时段的基本用水量，qi *为第i个节点在所述一时段的实际用水量，所述实际用水量根据实际用水量计算公式计算得到，所述实际用水量计算公式为
Figure BDA0003995242910000071
其中，Hi *为第i个节点在所述一时段的压力值，Hi req为预设的服务压力值，Hi min为预设的最低压力值，α为预设的压力驱动指数；
根据用水缺额指标计算公式，计算供水管网对应用水缺额指标的指标值，所述用水缺额指标计算公式为
Figure BDA0003995242910000072
其中，γ2为供水管网对应用水缺额指标的指标值，N为供水管网水力模型中的节点总数，T2i’为第i个节点的用水缺额大于预设的用水缺额阈值的时段数，T为预设的总时段数。
由上述描述可知，当节点压力较低或用水缺额较大时，用户的用水不能保证，因此，将压力和用水缺额均作为诊断指标，提高诊断的全面性，并且，在计算时考虑了持续时间，提高了诊断的准确性。
进一步地，所述根据各管道中的水流方向发生改变的次数、各管道的横截面积以及供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，计算供水管网对应管道反向次数指标的指标值，具体为：
根据管道反向次数指标计算公式，计算供水管网对应管道反向次数指标的指标值，所述管道反向次数指标计算公式为
Figure BDA0003995242910000073
其中，γ6为供水管网对应管道反向次数指标的指标值，S3’为水流方向发生改变的次数大于预设的次数阈值的管道的横截面积总和，S为供水管网水力模型中各管道的横截面积总和。
由上述描述可知，管道反向次数大的管道，发生爆管与水质问题的可能性大大超过普通管道，因此，将管道反向次数也作为诊断指标之一，提高诊断的全面性。
进一步地，通过水力平差计算，获取各管道在各时段的单位水头损失，并根据各管道的单位水头损失大于预设的损失阈值的时段数、各管道的横截面积、供水管网水力模型中各管道的横截面积总和以及预设的总时段数，计算供水管网对应单位水头损失指标的指标值，具体为：
通过水力平差计算，获取所述供水管网水力模型中各节点在各时段的水头；
计算一管道两端的节点在同一时段的水头之差，并将所述水头之差除以所述一管道的长度，得到所述一管道在所述同一时段的单位水头损失；
根据单位水头损失指标计算公式，计算供水管网对应单位水头损失指标的指标值，所述单位水头损失指标计算公式为
Figure BDA0003995242910000081
其中，γ7为供水管网对应单位水头损失指标的指标值，M为供水管网水力模型中的管道总数，si为第i根管道的横截面积，T3i’为第i根管道的单位水头损失大于预设的损失阈值的时段数，S为供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，T为预设的总时段数。
由上述描述可知，单位水头损失较高的管道，会使下游压力降低，影响用户用水，因此，将单位水头损失也作为诊断指标之一，提高诊断的全面性。
进一步地，所述确定各诊断指标的权重具体为：
通过CRITIC权重法，确定各诊断指标的权重。
由上述描述可知，采用CRITIC权重法，根据诊断指标之间的相关性与冲突性进行权重赋值，更为客观。
进一步地，所述根据供水管网的综合评分，确定供水管网的运行状态之后，进一步包括：
根据各诊断指标的评分，查找问题管网组件；
在所述供水管网水力模型展示所述问题管网组件。
由上述描述可知，便于水务工作人员直观地查看管网中的问题组件。
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，本发明的实施例一为：一种供水管网运行状态诊断方法，可应用于市政给水工程。
如图2所示，包括如下步骤：
S1：预设供水管网运行状态的诊断指标。
本实施例中，考虑目前供水管网运行现状，并根据评价指标的代表性、完备性、相对独立性与可操作性原则，最终确认了由7项评价指标组成的供水管网运行状态诊断指标体系。这7项指标分别是：压力、用水缺额、水龄、管材、管龄、管道反向次数(即管道中的水流方向发生改变的次数)和单位水头损失。选取的理由为：压力较低的区域以及用水缺额较大的区域，用户用水不能保证；水龄较高的区域，水质较差；管材将被淘汰、管龄较长的管道需要及时更新置换；管道反向次数较多的管道，会带来水质问题；单位水头损失较高的管道，会使下游压力降低，影响用户用水。
S2：构建供水管网水力模型，即使用建模软件构建所研究区域供水管网的水力模型，建模过程中需要的数据包括：管网GIS数据(包括节点、管道、阀门等)；水厂、泵站的出厂流量、压力数据；管网中的监测点历史数据；营业收费数据。
S3：对供水管网水力模型进行校验，判断是否校验通过，若是，则执行步骤S4。
本步骤即对供水管网水力模型进行管网水力平差计算，利用压力监测点与流量监测点的监测值作为参考进行校核，使水力模型模拟计算结果尽可能与现实中供水情况一致。
本实施例中，具体校核标准包括：
1、多时刻绝对误差均值控制在0.02MPa范围内的压力监测点个数应占压力监测点总数的90％以上；
2、多时刻绝对误差均值控制在0.01MPa范围内的压力监测点个数应占压力监测点总数的50％以上；
3、多时刻相对误差率均值控制在20％范围内的流量监测点个数应占流量监测点总数的90％以上。
其中，各压力监测点的多时刻绝对误差均值根据第一公式计算得到，各流量监测点的多时刻相对误差率均值根据第二公式计算得到。
第一公式：
Figure BDA0003995242910000101
第二公式：
Figure BDA0003995242910000102
其中，ε为一压力监测点的多时刻绝对误差均值，Ht为所述压力监测点在第t个时段的实际压力值(单位为MPa)，Ht sim为所述压力监测点在第t个时段的模拟压力值(单位为MPa)，T为预设的总时段数；δ为一流量监测点的多时刻相对误差率均值，Qt为所述流量监测点在第t个时段的实际流量值(单位为m3/h)，Qt sim为所述流量监测点在第t个时段的模拟流量值(单位为m3/h)。
本实施例中，压力监测点和流量监测点每隔15分钟采集一次数据，一天24小时可采集到96个数据，即T＝96。
因此，具体地，本步骤包括如下步骤：
S301：通过水力平差计算，得到各压力监测点在预设的T个时段的模拟压力值以及各流量监测点在预设的T个时段的模拟流量值。
S302：获取各压力监测点在预设的T个时段的实际压力值以及各流量监测点在预设的T个时段的实际流量值。
S303：分别根据各压力监测点在预设的T个时段的模拟压力值和实际压力值，计算各压力监测点的多时刻绝对误差均值，即根据上述第一公式，分别计算各压力监测点的多时刻绝对误差均值。
S304：分别根据各流量监测点在预设的T个时段的模拟流量值和实际流量值，计算各流量监测点的多时刻相对误差率均值，即根据上述第二公式，分别计算各流量监测点的多时刻相对误差率均值。
S305：判断各压力监测点的多时刻绝对误差均值和各流量监测点的多时刻相对误差率均值是否满足预设的校核条件，若是，则判定校验通过，若否，则判定校验不通过。
其中，校核条件包括多时刻绝对误差均值小于或等于预设的第一压力阈值的压力监测点数量占压力监测点总数的预设第一比例以上、多时刻绝对误差均值小于或等于预设的第二压力阈值的压力监测点数量占压力监测点总数的预设第二比例以上，以及多时刻相对误差率均值小于或等于预设的第一百分比的流量监测点数量占流量监测点总数的预设第三比例以上。
本实施例中，预设的第一压力阈值为0.02MPa，预设第一比例为90％，预设的第二压力阈值为0.01MPa，预设第二比例为50％，预设的第一百分比为20％，预设第三比例为90％。
通过对供水管网水力模型进行校验，保证供水管网水力模型可以模拟现实中所研究区域的供水情况，提高后续运行状态诊断的准确性。
S4：分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分。
具体地，先分别计算各诊断指标的指标值，再根据诊断指标的评分分级表(内含指标值与评分的关联关系)确定各诊断指标的评分。本实施例中，诊断指标的评分分级如表1所示。
表1：诊断指标的评分分级
Figure BDA0003995242910000111
各诊断指标的指标值的计算过程具体如下所述。
a、压力指标
首先通过水力平差计算，获取供水管网水力模型中各节点在各时段的压力值，然后根据压力指标计算公式，计算供水管网对应压力指标的指标值，所述压力指标计算公式为：
Figure BDA0003995242910000121
其中，γ1为压力指标的指标值，N为供水管网水力模型中的节点总数，T1i’为第i个节点的压力值处于预设的低压范围的时段数，T为预设的总时段数。
本实施例中，同步骤S3，一个时段的时长为15分钟，T＝96，即每隔15分钟采集一次数据，每天进行一次评分计算。对于每个节点，一天可采集到96个压力值，T1i’相当于这96个压力值中处于低压范围的压力值个数；预设的低压范围为0-12米水柱。或者，实时采集节点每个时刻的压力值，只要节点在一个时段内有一个时刻的压力值是处于低压范围内的，就将该时段计入压力值处于预设的低压范围的时段数。
b、用水缺额指标
首先，根据用水缺额计算公式，分别计算各节点在各时段的用水缺额，所述用水缺额计算公式为：
Figure BDA0003995242910000122
其中，Wi为供水管网水力模型中的第i个节点在一时段的用水缺额，qi req和qi *分别为第i个节点在所述一时段的基本用水量和实际用水量，其中，实际用水量根据实际用水量计算公式计算得到，所述实际用水量计算公式为：
Figure BDA0003995242910000123
其中，Hi *为第i个节点在所述一时段的压力值，Hi req为预设的服务压力值，Hi min为预设的最低压力值，α为预设的压力驱动指数。本实施例中，Hi req＝12MPa，Hi min＝0MPa，α＝0.5。
然后，根据用水缺额指标计算公式，计算供水管网对应用水缺额指标的指标值，所述用水缺额指标计算公式为：
Figure BDA0003995242910000131
其中，γ2为供水管网对应用水缺额指标的指标值，N为供水管网水力模型中的节点总数，T2i’为第i个节点的用水缺额大于预设的用水缺额阈值的时段数，T为预设的总时段数。本实施例中，用水缺额阈值为30％。
c、水龄指标
节点水龄指节点处的水在管道内的停留时间，可以依靠模型计算得到，因此，首先，通过水力平差计算，获取供水管网水力模型中各节点的水龄。
然后，根据水龄指标计算公式，计算供水管网对应水龄指标的指标值，所述水龄指标计算公式为：
Figure BDA0003995242910000132
其中，γ3为供水管网对应水龄指标的指标值，N’为水龄大于预设的水龄阈值的节点数，N为供水管网水力模型中的节点总数。本实施例中，水龄阈值为36h。
d、管材指标
根据管材指标计算公式，计算供水管网对应管材指标的指标值，所述管材指标计算公式为：
Figure BDA0003995242910000133
其中，γ4为供水管网对应管材指标的指标值，S1’为管材为预设材质的管道的横截面积总和，S为供水管网水力模型中各管道的横截面积总和。
本实施例中，预设材质包括灰口铸铁、水泥和镀锌，也就是说，S1’为灰口铸铁管、水泥管和镀锌管的横截面积总和。
e、管龄指标
根据管龄指标计算公式，计算供水管网对应管龄指标的指标值，所述管龄指标计算公式为：
Figure BDA0003995242910000141
其中，γ5为供水管网对应管龄指标的指标值，S2’为管龄大于预设的管龄阈值的管道的横截面积总和，S为供水管网水力模型中各管道的横截面积总和。本实施例中，管龄阈值为40年。
f、管道反向次数指标
首先，通过水力平差计算，获取各管道的水流方向发生改变的次数。
然后，根据管道反向次数指标计算公式，计算供水管网对应管道反向次数指标的指标值，所述管道反向次数指标计算公式为：
Figure BDA0003995242910000142
其中，γ6为供水管网对应管道反向次数指标的指标值，S3’为水流方向发生改变的次数大于预设的次数阈值的管道的横截面积总和，S为供水管网水力模型中各管道的横截面积总和。本实施例中，次数阈值为5。
g、单位水头损失指标
首先，通过水力平差计算，获取所述供水管网水力模型中各节点在各时段的水头(单位为m，即米水柱)。
然后，分别计算各管道在各时段的单位水头损失，具体地，将一管道两端的节点在同一时段的水头之差除以该管道的长度(单位为Km)，即可得到该管道在该时段的单位水头损失(单位为m/Km)。
最后，根据单位水头损失指标计算公式，计算供水管网对应单位水头损失指标的指标值，所述单位水头损失指标计算公式为：
Figure BDA0003995242910000143
其中，γ7为供水管网对应单位水头损失指标的指标值，M为供水管网水力模型中的管道总数，si为第i根管道的横截面积，T3i’为第i根管道的单位水头损失大于预设的损失阈值的时段数，S为供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，T为预设的总时段数。本实施例中，预设的损失阈值为3m/Km。
S5：确定各诊断指标的权重。
本实施例中，通过客观赋权法中的CRITIC权重法，确定各诊断指标的权重。CRITIC权重法是一种按照指标之间的相关性与差异性赋权的一种权重计算方法，指标之间的相似度越高，则差异性越小，包含的信息量重复性越高，则权重越低，反之权重越高。
具体地，本步骤包括如下步骤：
S501：根据多个供水管网水力模型的各诊断指标的评分，计算各诊断指标的标准差。例如，根据不同城市的供水管网，构建不同的供水管网水力模型，并分别计算各模型的各诊断指标的评分，然后根据不同模型中同一诊断指标的评分，计算该同一诊断指标的标准差。标准差的计算公式为：
Figure BDA0003995242910000151
其中，Sj表示第j个诊断指标的标准差，本实施例中，j＝1,2,……,7，yxj表示第x个模型中第j个诊断指标的评分，
Figure BDA0003995242910000152
为各模型中第j个诊断指标的评分平均值，X表示模型数量。
在CRITIC法中使用标准差来表示各指标的内取值的差异波动情况，标准差越大表示该指标的数值差异越大，越能放映出更多的信息，该指标本身的评价强度也就越强，应该给该指标分配更多的权重。
S502：根据多个供水管网水力模型的各诊断指标的评分，分别计算两两诊断指标之间的相关系数；相关系数的计算公式为：
Figure BDA0003995242910000153
其中，rij表示第i个诊断指标和第j个诊断指标之间的相关系数，yxi和yxj分别表示第x个模型中第i个诊断指标的评分和第j个诊断指标的评分，
Figure BDA0003995242910000154
和/>
Figure BDA0003995242910000155
分别表示各模型中第i个指标的评分平均值和第j个指标的评分平均值，X表示模型数量。
使用相关系数来表示指标间的相关性，与其他指标的相关性越强，则该指标就与其他指标的冲突性越小，反映出相同的信息越多，所能体现的评价内容就越有重复之处，一定程度上也就削弱了该指标的评价强度，应该减少对该指标分配的权重。
S503：根据各诊断指标的标准差以及诊断指标之间的相关系数，计算各诊断指标的信息量；信息量计算公式为：
Figure BDA0003995242910000161
其中，Cj为第j个诊断指标的信息量，p表示诊断指标的数量，本实施例中，p＝7；Sj表示第j个诊断指标的标准差，rij表示第i个诊断指标和第j个诊断指标之间的相关系数。
Cj越大，第j个诊断指标在整个评价指标体系中的作用越大，就应该给其分配更多的权重。
S504：根据各诊断指标的信息量，计算各诊断指标的权重。
诊断指标的权重即其信息量占所有诊断指标的信息量之和的比例，具体地，权重计算公式为：
Figure BDA0003995242910000162
其中，Wj为第j个诊断指标的权重，Cj为第j个诊断指标的信息量，Ci为第i个诊断指标的信息量，p表示诊断指标的数量。
S6：根据各诊断指标的评分以及各诊断指标的权重，进行加权计算，得到供水管网的综合评分。
具体地，综合评分计算公式为：
Figure BDA0003995242910000163
其中，Y为综合评分，yi为第i个诊断指标的评分，Wi为第i个诊断指标的权重，p为诊断指标的数量，本实施例中，p＝7。
S7：根据供水管网的综合评分，确定供水管网的运行状态。
本实施例中，综合评分的评分分级如表2所示。
表2：综合评分的评分分级
Figure BDA0003995242910000171
进一步地，根据供水管网运行状态的诊断结果，查找问题管网组件，并生成问题管网组件的合集。具体地，可以根据各诊断指标进行查找，若诊断指标的评价等级在中以下，则将影响该诊断指标的管网组件作为问题管网组件。例如，假设压力指标的评价等级在中以下，则查找压力值处于预设的低压范围的节点，将这些节点作为问题管网组件。
进一步地，将问题管网组件在供水管网水力模型中进行展示，并在模型中高亮显示，给出管网模型的优化建议。
本实施例可以通过定量分析，快速、合理地诊断供水管网运行中存在的问题，为供水管网运行状态的诊断提供了一个客观标准；并且，可以帮助水务公司快速、准确地确认现状管网存在的问题，合理有效地进行管道更新、日常调度，提高水务公司的运行管理能力。同时，也为保障城市的供水安全和节能增效提供了科学的参考，具有较高的经济与社会价值。
实施例三
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网运行状态诊断方法的各个步骤，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网运行状态诊断方法及计算机可读存储介质，通过建立供水管网水力模型，可以动态模拟管网的运行状态，对管网状态进行实时监测与模拟计算；利用供水管网水力模型的计算结果进行统计分析，具有与实际管网较好的贴合度、较高的准确性与实用性；诊断指标包括静态指标和动态指标，综合考虑了影响管网运行的因素，完善了对管网的综合评价；通过定量分析，可快速、合理地诊断供水管网运行中存在的潜在问题，为供水管网运行状态的诊断提供了一个客观标准，可以帮助水务公司快速、准确地确认现状管网存在的问题，合理有效地进行管道更新、日常调度，提高水务公司的运行管理能力。
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)

1.一种供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，包括：
构建供水管网水力模型；
根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分，所述诊断指标包括压力、用水缺额、水龄、管材、管龄、管道反向次数以及单位水头损失；
确定各诊断指标的权重，并根据各诊断指标的评分以及各诊断指标的权重，计算供水管网的综合评分；
根据供水管网的综合评分，确定供水管网的运行状态。
2.根据权利要求1所述的供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，所述根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分之前，进一步包括：
对所述供水管网水力模型进行校验；
若校验通过，则执行所述根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分的步骤；
所述对所述供水管网水力模型进行校验具体为：
对所述供水管网水力模型进行水力平差计算，得到各压力监测点在预设的多个时段的模拟压力值以及各流量监测点在预设的多个时段的模拟流量值；
获取各压力监测点在预设的多个时段的实际压力值以及各流量监测点在预设的多个时段的实际流量值；
分别根据各压力监测点在预设的多个时段的模拟压力值和实际压力值，通过第一公式计算各压力监测点的多时刻绝对误差均值；
分别根据各流量监测点在预设的多个时段的模拟流量值和实际流量值，通过第二公式计算各流量监测点的多时刻相对误差率均值；
若多时刻绝对误差均值小于或等于预设的第一压力阈值的压力监测点数量占压力监测点总数的预设第一比例以上、多时刻绝对误差均值小于或等于预设的第二压力阈值的压力监测点数量占压力监测点总数的预设第二比例以上且多时刻相对误差率均值小于或等于预设的第一百分比的流量监测点数量占流量监测点总数的预设第三比例以上，则判定校验通过；
所述第一公式为
Figure FDA0003995242900000021
所述第二公式为
Figure FDA0003995242900000022
其中，ε为压力监测点的多时刻绝对误差均值，Ht为所述压力监测点在第t个时段的实际压力值，Ht sim为所述压力监测点在第t个时段的模拟压力值，T为预设的总时段数；δ为流量监测点的多时刻相对误差率均值，Qt为所述流量监测点在第t个时段的实际流量值，Qt sim为所述流量监测点在第t个时段的模拟流量值。
3.根据权利要求1所述的供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，所述根据预设的供水管网运行状态的诊断指标，获取所述供水管网水力模型中各诊断指标对应的参数，并分别根据各诊断指标对应的参数，计算供水管网对应各诊断指标的评分，具体为：
通过水力平差计算，获取所述供水管网水力模型中各节点在各时段的压力值，并根据各节点的压力值处于预设的低压范围的时段数以及预设的总时段数，计算供水管网对应压力指标的指标值；
分别根据各节点的基本用水量和实际用水量，计算各节点在各时段的用水缺额，并根据各节点的用水缺额大于预设的用水缺额阈值的时段数以及预设的总时段数，计算供水管网对应用水缺额指标的指标值；
通过水力平差计算，获取各节点的水龄，并根据水龄大于预设的水龄阈值的节点数以及供水管网水力模型中的节点总数，计算供水管网对应水龄指标的指标值；
获取各管道的管材，并根据管材为预设材质的管道的横截面积总和以及供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，计算供水管网对应管材指标的指标值；
获取各管道的管龄，并根据管龄大于预设的管龄阈值的管道的横截面积总和以及供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，计算供水管网对应管龄指标的指标值；
通过水力平差计算，获取各管道的水流方向发生改变的次数，并根据水流方向发生改变的次数大于预设的次数阈值的管道的横截面积总和以及供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，计算供水管网对应管道反向次数指标的指标值；
通过水力平差计算，获取各管道在各时段的单位水头损失，并根据各管道的单位水头损失大于预设的损失阈值的时段数、各管道的横截面积、供水管网水力模型中各管道的横截面积总和以及预设的总时段数，计算供水管网对应单位水头损失指标的指标值；
分别根据各诊断指标的指标值以及预设的指标评分关联表，确定各诊断指标的评分。
4.根据权利要求3所述的供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，所述根据各节点的压力值处于预设的低压范围的时段数以及预设的总时段数，计算供水管网对应压力指标的指标值，具体为：
根据压力指标计算公式，计算供水管网对应压力指标的指标值，所述压力指标计算公式为
Figure FDA0003995242900000031
其中，γ1为供水管网对应压力指标的指标值，N为供水管网水力模型中的节点总数，T1i’为第i个节点的压力值处于预设的低压范围的时段数，T为预设的总时段数。
5.根据权利要求3所述的供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，所述分别根据各节点的基本用水量和实际用水量，计算各节点在各时段的用水缺额，并根据各节点的用水缺额大于预设的用水缺额阈值的时段数以及预设的总时段数，计算供水管网对应用水缺额指标的指标值，具体为：
根据用水缺额计算公式，计算一节点在一时段的用水缺额，所述用水缺额计算公式为
Figure FDA0003995242900000041
其中，Wi为供水管网水力模型中的第i个节点在一时段的用水缺额，qi req为第i个节点在所述一时段的基本用水量，qi *为第i个节点在所述一时段的实际用水量，所述实际用水量根据实际用水量计算公式计算得到，所述实际用水量计算公式为
Figure FDA0003995242900000042
其中，Hi *为第i个节点在所述一时段的压力值，Hi req为预设的服务压力值，Hi min为预设的最低压力值，α为预设的压力驱动指数；
根据用水缺额指标计算公式，计算供水管网对应用水缺额指标的指标值，所述用水缺额指标计算公式为
Figure FDA0003995242900000043
其中，γ2为供水管网对应用水缺额指标的指标值，N为供水管网水力模型中的节点总数，T2i’为第i个节点的用水缺额大于预设的用水缺额阈值的时段数，T为预设的总时段数。
6.根据权利要求3所述的供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，所述根据水流方向发生改变的次数大于预设的次数阈值的管道的横截面积总和以及供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，计算供水管网对应管道反向次数指标的指标值，具体为：
根据管道反向次数指标计算公式，计算供水管网对应管道反向次数指标的指标值，所述管道反向次数指标计算公式为
Figure FDA0003995242900000044
其中，γ6为供水管网对应管道反向次数指标的指标值，S3’为水流方向发生改变的次数大于预设的次数阈值的管道的横截面积总和，S为供水管网水力模型中各管道的横截面积总和。
7.根据权利要求3所述的供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，所述通过水力平差计算，获取各管道在各时段的单位水头损失，并根据各管道的单位水头损失大于预设的损失阈值的时段数、各管道的横截面积、供水管网水力模型中各管道的横截面积总和以及预设的总时段数，计算供水管网对应单位水头损失指标的指标值，具体为：
通过水力平差计算，获取所述供水管网水力模型中各节点在各时段的水头；
计算一管道两端的节点在同一时段的水头之差，并将所述水头之差除以所述一管道的长度，得到所述一管道在所述同一时段的单位水头损失；
根据单位水头损失指标计算公式，计算供水管网对应单位水头损失指标的指标值，所述单位水头损失指标计算公式为
Figure FDA0003995242900000051
其中，γ7为供水管网对应单位水头损失指标的指标值，M为供水管网水力模型中的管道总数，si为第i根管道的横截面积，T3i’为第i根管道的单位水头损失大于预设的损失阈值的时段数，S为供水管网水力模型中各管道的横截面积总和，T为预设的总时段数。
8.根据权利要求1所述的供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，所述确定各诊断指标的权重具体为：
通过CRITIC权重法，确定各诊断指标的权重。
9.根据权利要求1所述的供水管网运行状态诊断方法，其特征在于，所述根据供水管网的综合评分，确定供水管网的运行状态之后，进一步包括：
根据各诊断指标的评分，查找问题管网组件；
在所述供水管网水力模型展示所述问题管网组件。
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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