基于水力模型的供水管网独立计量分区优化方法研究

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供水管网是一项不可或缺的民生基础建设,为生活、工业发展和消防提供淡水。然而,在这个庞大而复杂的网络中,漏损问题是如今供水行业的聚焦点。为了提高运维效率,采用独立计量分区(District Metered Area,DMA)的模式进行“分而治之”,可以有效控制管网漏损。DMA技术目前没有大规模使用的主要原因之一是,在实际规划中,管网划分很大程度上取决于主观经验,随机性较强,没有固定完整的方法,且分区结果的评价指标没有固定标准。本文实例城市地处丘陵地带,供水环境有其特殊之处,主要体现在地势的连绵起伏与水系伴生上。而且常有丘陵往平原延伸的情况,城市的管网庞大且复杂,所以供水系统是非常值得关注的。本文最重要的核心就是结合水力模型,形成结合经验、聚类和图论法的丘陵城市供水管网DMA分区方法。先汇总现有分区的理论方法和分区原则,综合分析后选择适合可行的内容作为依据,在经验分区基础上,确定分区数区间,用聚类分析找到合适分区数目,结合建立的水力模型,用图论法原理将管网等效类比成图,比较各节点到分区压力均衡点的最短路径,调整分区方案。本文在这一方法上形成了一个完整的分区流程,既利用了主观经验的丰富性,又配合了图论计算的科学性,使得主客观相结合,为DMA的分区方法提供一定的实际意义。论文以Q市作为实例城市创建供水管网水力模型。检查出114处结构错误,修正后管段数37641根,节点数37453个,以最高日最高时用水量数据完成分配。然后简化模型,保留2628段管道和2512个节点。分区时,Q市供水管网带有丘陵地区的特性,先经验分区考虑10-30区间分区数,聚类确定分20类时割边数与有效性分配合理,再用经验法考虑城市地势、水系、干管等情况后完成初始分区。接着,利用管网计算软件,导入并校正数据后简化管网,进行用水量分配、人工校核和软件校核。图论法改变权值调整出两种方案,最终完成了实例管网的20个DMA分区。考虑到压力均匀性对城市供水安全的重要性,其作为其一指标用于评价分区效果。再加上供水可靠性指标用于评定分区后是否依然能保证用户的水量需求。结果表明各个区域节点压力分布良好,参数值下降系数达94%,分区后管网也仍保有较好的供水可靠性,指标在0.92-0.93。
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