城市供水管网漏失信号识别及区域定位方法研究

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我国水资源地区分布不均,淡水资源匮乏,水环境污染严重,同时城市供水系统漏损严重,尚未得到有效的解决。在城市化进程大规模推进的情况下,如何去保障城市供水系统运行的安全可靠性、降低供水的漏损率、提高供水效率,已经成为社会经济可持续发展的科学问题,同时也是科研工作者所奋斗和解决的目标。本文主要研究城市供水管网漏失识别区域定位模型,以提高城市供水系统运行安全性及漏损管理水平。首先,构建城市管网水力模型。校核准确的水力模型是压力监测点优化布置、漏失信号识别及漏失区域定位的基础。本文以建立A市管网水力模型为例,其校核结果显示,压力误差范围≤4m的百分比为100%,误差范围≤2m的百分比为94%;流量误差显示,两个水厂流量相对误差值均在2.5%以下,因此该水力模型可运用于管网仿真模拟计算。其次,针对供水管网运行现状,提出压力监测点优化布置方法。先构建管网节点压力影响系数矩阵,再采用粒子群优化模糊C均值聚类算法求解矩阵得出监测点最优位置。粒子群算法优化避免了FCM聚类算法在初始值选取不当容易陷入局部最优的缺点,提高了压力监测点覆盖节点的精度。结合算例分析,结果表明,压力监测点布置合理,且均匀分布于管网,同时提供新增压力监测点布置方法,为管网漏失识别定位奠定基础。再次,收集供水管网SCADA监测系统压力值历史数据,构建粒子群算法优化LSSVM的时序预测模型,利用预测模型预测压力监测点下一时刻压力值,采用SPSS软件分析计算出各压力监测点在每个时刻的阈值。通过实时远传监测点压力值与预测值作差得出残差值,当残差值位于压力监测点阈值内,属于正常工况;一旦残差值超出阈值,属于异常工况即漏失事件或爆管事故。结合模型分析,结果表明,改进的时序预测模型预测精度较高,可确定各压力监测点阈值,识别管网漏失事故。最后,提出两种漏失区域定位方法,一种计算供水管网各压力监测点残差值大小,当发生漏失时,其残差值变化程度偏大的监测点位置构成漏失区域;另一种以压力监测设备与节点漏失之间的水力关联特性对供水管网进行区域划分建立管网漏失敏感区域。本文对研究片区建立水力模型,进行漏失区域定位效果分析。结果表明,前者实际漏失点与监测点最近相距300m左右,最远相距620m左右;后者分析对比三种漏失响应阈值得出阈值为97%时,覆盖节点数量最多,敏感区域划分最为准确,且漏失点离压力监测点可达200m左右,定位效果明显,可缩短检漏时间,提高检漏效率。
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