供水管网是城市基础设施建设的重点领域,其稳定性和可靠性是保证人民生活质量和城市机能正常运转的不可或缺因素。目前,供水管网已发展为具有许多分支和交互连接边的复杂网络。供水管网因其地理空间分布的相关性而对自然灾害或人为灾害造成的扰动特别敏感。网络某处的微小扰动会改变网络流,并触发大范围的连锁反应和次级失效。这种严重事件称为级联失效。因此,利用复杂网络级联失效理论研究供水管网系统可靠性,具有积极而重要的意义。本文以供水管网为研究对象,在分析国内外已有研究成果的基础上,综合应用复杂网络级联失效理论、供水管网水力计算方法、可靠性与脆弱性评价,深入研究了供水管网在面临失效后网络级联反应过程及网络结构和功能的变化。主要内容如下：(1)从网络脆弱性角度出发,提出了一套合理的适用于失效条件下供水管网级联效应模拟方法。定义负载变化函数,描述重分布后的水压和初始水压在水压承载力区间范围内的相对差异,记录供水管网水力重分布信息。针对基于网络拓扑结构的分析方法没有考虑到供水管网节点不均匀性的问题,将供水管网水力计算引入每次级联失效仿真,从基于流分析的角度,提供供水管网流量性能方面的信息,得到更加准确的仿真结果。(2)在供水管网节点脆弱性研究基础上,引入供水管网可靠性定义。建立了基于复杂网络级联失效的供水管网系统可靠性分析模型。模型考虑了供水管网水力分析,管网拓扑结构、用户用水量的时变性等不确定因素。针对失效情况下节点服务状态改变的问题,定义了节点水压和流量的函数,并基于EPANET2水力计算引擎,采用压力驱动分析方法更新供水管网流量。模型能够有效识别关键管段。需水因子会对可靠性峰值和时间演变周期产生较大的影响。提示我们需要根据供水管网属性和级联失效特性来评价管网可靠性,以提高抵御灾害的能力。(3)针对供水管网脆弱性和系统可靠性研究中出现的级联失效水力重分布问题,建立级联演变模型研究供水管网节点／管段受到攻击后的级联演变过程。针对供水管网节点和管段这两种不同的攻击策略,回答了系统可靠性、级联演变持续时间与网络负载重分配之间的内在相关性问题。以基于管段的攻击模式为主,揭示了供水管网级联行为所经历的系统可靠性演变规律和时间演变特征,并给出了基于节点攻击的供水管网系统可靠性和时间演变特征。研究结果加深了对供水管网级联行为演变过程中规律和特征的理解和认识。