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基于压力监测点优化的分区供水管网漏损定位研究

刘俊宇  
【摘要】:目前我国的供水管网漏损情况较为严重,城市供水系统存在严重漏损,长期未得到有效治理。根据最新统计数据,我国大部分地区的供水管网漏损率仍未达到国家“水十条”的要求,因此降低供水管网漏水量刻不容缓。降低管网漏损率可以节约人力物力成本,为居民的安全用水提供保障,节约水资源,减少碳排放量。为了快速且准确地定位漏损位置、降低漏水量,本文提出了一种基于压力监测点优化的供水管网漏损定位方法,并将该方法应用到实际案例进行验证,结果表明该方法可以有效定位供水管网漏损,同时计算复杂度较低。首先,以聚类结果的均匀度与计算耗时为指标对比了四种常见的聚类算法,发现K-Means聚类算法效果较好,并采用该方法找到候选压力监测点位置。进而以监测范围最大,压力监测点数量最少为目标函数,利用Borg多目标优化算法确定压力监测点最优布置方案。接着,采用漏损区域定位和漏损定位两步方法。根据压力监测点对其他节点漏损时的压力变化响应程度进行压力监测分区,并采用模式识别的方法进行漏损初定位。通过改变漏损位置、漏损量与节点用水量得到监测点压力和漏损位置的数据集并训练漏损区域预测模型。该模型分析压力数据就可以得到各分区发生漏损的概率,以此将漏损定位至某个压力监测分区,缩小漏损定位范围。在确定漏损分区后,使用基于水力模型的方法进行漏损定位。本研究提出在管道中间增设漏损节点的新的漏损建模方法,将漏损定位到管道。将漏损分区内的各管道作为决策变量,以模拟压力值与真实压力值的差值最小化作为目标函数,利用遗传算法优化确定可能的漏损位置,将漏损定位至实际漏点附近。最后,将此漏损定位方法应用到真实的供水管网模型进行验证,选取了10个案例,漏损区域预测模型均成功预测到10个实际漏损区域;采用基于水力模型的定位方法确定了10个漏损位置,以真实漏损管道与模型漏损定位管道的直线距离作为漏损定位准确性的指标,10个方案的平均距离为85.6m,结果表明该方法可以将漏损定位到距漏损位置较近的区域,说明本研究提出的漏损定位方法是可行有效的。


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