基于变权重层次分析法的城市供水管网安全评价体系研究

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城市供水管网是保障城市居民生活和经济发展的重要基础设施,因其规模庞大、结构复杂,在运营中具有维护成本高,管理难度大的特点。对供水管网进行有效管理可以降低能耗、节约水资源,有助于促进供水行业良性循环和国民经济可持续发展。为实现这一目标,需要建立合理的供水管网评价体系作为实际工作的指导。在现有的供水管网评价体系研究成果中,供水管网的指标集和评价方法得到了充实,但是主流评价体系主要运用定权重方法,对指标之间和组成部分之间的系统性关系缺乏可靠估计。由于指标体系中往往包含不同作用与性质的指标,使得其在供水管网的动态评估和指导实际改造的工作中,存在对异常状态不敏感,对管网结构改造评估不合理的问题。出于解决以上问题的需要,本文基于变权重理论构建了城市供水管网安全评价体系,可以对动态变化中的供水管网安全性进行定量评价,在供水管网的调控和维护工作中合理确定项目的优先级,对提高供水系统的整体效能有重要实践意义。本文阐述了城市供水管网安全评价体系语境下的安全性概念,将系统的安全性分为物理安全性和功能安全性,将安全性评语划分为五个等级:安全、轻微风险、中度风险、高度风险和危险,并给出了各个评语对应的处理措施。以管网结构和运行特点为基础确定了管道、节点和综合服务能力三个一级指标。以层次分析法和压力—状态—响应模型为指导,明确了指标体系的筛选原则和层次结构,确定了一级指标对应的次级指标,构成了由管材、管龄、节点余氯和管网漏损率等共计14个指标组成的供水管网安全评价指标体系。以多专家评价的方式完成了定性指标的量化,以建立隶属度函数并用加权算子求得定量指标的归一化指标评分。以多专家决策的层次分析法确定各指标的主观权重,以消除极端数据影响的改进熵权法确定指标的客观权重,并将二者加以融合确定各指标的定权重。建立指数型变权向量函数,通过算法分析确定函数参数的数值依据与指标灵敏度、定权重有关,通过分析指标作用机理,将其分为强敏感、中敏感、弱敏感三类,以此确定各指标对应变权函数参数值。将指标量化值带入变权向量函数得到指标状态变权重向量。对指标定权重向量和变权重向量进行Hadamard积运算,得到最终的权重向量。以复杂网络理论分析管网结构,基于测试管网调用EPANET2.2引擎建立管网水力、水质模型,用压力驱动分析方法对测试管网进行了事故模拟,对模拟产生的数据进行评价分析和对比,确定了管段、节点相对于整体的统合指标。在模型应用方面,通过获取的管网运行维护数据与高程等数据,建立了班达伯格地区的供水管网水力、水质模型模拟管网运行状态。以此为基础对其管段、节点和管网整体进行了安全性评价。以评价结果为依据,通过模型计算维护给管道评分带来的提升,给出管道优化维护的建议。
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