沈阳市A小区供水管网漏失评价及控制研究 80页

'硕士学位论文（工程硕士）沈阳市A小区供水管网漏失评价及控制研究STUDYONTHEEVALUATIONANDCONTROLLINGOFLEAKAGEOFWATERSUPPLYNETWORKINARESIDENTIALAREAOFSHENYANG张璐哈尔滨工业大学2017年9月 国内图书分类号：TU991学校代码：10213国际图书分类号：628密级：公开工程硕士学位论文沈阳市A小区供水管网漏失评价及控制研究硕士研究生：张璐导师：袁一星教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：沈阳水务集团有限公司答辩日期：2017年9月授予学位单位：哈尔滨工业大学 ClassifiedIndex:TU991.3U.D.C.:628.34DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEEVALUATIONANDCONTROLLINGOFLEAKAGEOFWATERSUPPLYNETWORKINARESIDENTIALAREAOFSHENYANGCandidate：ZhangLuSupervisor：Prof.YuanYixingAcademicDegreeAppLiedfor：MasterofEngineeringSpeciaLty：ArchitecturalandCivilEngineeringAffiLiation：ShenyangWaterGroupCo.,Ltd.DateofDefence：September,2017Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要供水行业普遍存在漏失严重的现象，供水管网漏失问题越来越成为国内外供水行业高度关注的问题。然而如何对漏失进行量化，是对管网进行漏失控制的前提与基础。供水管网漏失水平受到管网的物理属性及运行条件的影响，管网压力是其中一个影响很大的因素，通过管网压力控制可有效减少漏失。以沈阳市作为工程实例，对沈阳市供水管网漏失原因进行分析，并对沈阳市供水产销差及构成因素进行分析，通过2014年统计数据得出沈阳市供水管网产销差率为42.85%，漏失状况非常严峻，造成沈阳市水务集团的严重经济损失。本课题通过对测试小区的调研及数据搜集、分析，选择A小区作为课题研究对象。通过运用信号处理方法，将小波变换应用到A小区漏失量计算中，研究通过GPRS远传实时监测系统，读取A小区泵站出口流量信号，建立A小区用水量与漏失量分离模型，通过对比小波系列函数分离结果的相关系数，选取db5小波对流量信号进行2层分解，达到将用水量与漏失量信号分离的目的，并运用Mallat算法对分离信号进行重构，从而计算得出小区漏失水量。采用相关系数作为分离结果的评价指标，与夜间最小流量法测得的漏失量进行数据对比，得出小波变换分离结果相关系数接近于1，分离效果较好，为漏失量的计算提供另外一种思路。通过小波变换计算得出A小区漏失量，通过A小区基础数据信息计算不可避免物理漏失量，运用供水系统漏失程度指数ILI对A小区漏失水平进行评价，计算得出A小区ILI指标为5.5以及A小区存在23.7%的降低漏失空间，进而得出A小区存在通过漏失控制方法降低漏失的空间的结论。对A小区做出漏失水平评价后，通过减压潜力测试，对A小区是否需要通过压力管理控制漏失做出判断。通过对A小区减压测试，得出小区可以通过安装减压阀的方式进行漏失控制。根据A小区实际情况，考虑在小区安装减压阀的方式进行压力控制，以达到经济效益最大化。建立A小区阀门优化控制模型，运用差分进化算法对模型求解。通过运算结果显示，A小区漏失率由29%降低至22%，压力管理的效果较好，能有效控制A小区供水管网漏失。关键词：小波变换；漏失评价；漏失控制；减压阀；差分进化算法-I- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文ABSTRACTThereisawidespreadleakageinthewatersupplyindustry,andtheleakageofwatersupplypipesisbecomingaseriousconcernforthewatersupplyindustryathomeandabroad.However,howtoquantifytheleakageisthepremiseandfoundationoftheleakagecontrolofthenetwork.Watersupplypipenetworkleakagelevelisaffectedbythephysicalpropertiesandoperatingconditionsofpipeline,pipelinepressureisoneoftheinfluencefactors,throughthepipenetworkpressurecontrolcaneffectivelyreduceleakage.Toshenyangwithshenyangasanengineeringexample,thewatersupplypipenetworkleakagereasonisanalyzed,andthewatersupplyprobleminshenyangandfactorsanalysis,throughstatisticaldatafrom2014inshenyangwatersupplynetworkproductionratewas42.85%,theleakagesituationisveryserious,causeseriouseconomiclossofwatergroupinshenyang.Theresearchanddatacollectionandanalysisofthetestareawerestudied,andtheprojectwaschosenasthesubject.Byusingsignalprocessingmethod,theapplicationsofwavelettransformtoAarealosscalculation,byGPRSremotereal-timemonitoringsystem,thestudyreadstheAvillagepumpstationoutletflowsignal,Aresidentialwaterconsumptionandlossseparationmodel,bycomparingthewaveletseriesfunctioncorrelationcoefficientseparationresults,selectdb5waveletdecomposition,thetrafficsignalis2layertoachievethepurposeofthewaterconsumptionandlosssignalseparation,andMallatalgorithmisusedtoseparatesignalreconstruction,thuscalculatedwaterleakage.Usingcorrelationcoefficientasaresultoftheseparationofevaluationindex,andwiththemethodofminimumflowatnightmeasuredlossdatacomparison,itisconcludedthatwavelettransformcorrelationcoefficientseparationresultscloseto1,separationeffectisgood,forlosscalculationprovidesanotherwayofthinking.CalculatedbywavelettransformisAlossofcommunity,throughAneighborhoodinevitablephysicallossdatacalculation,usingthewatersupplypipenetworkleakageILIindicatorstoevaluateleakageofAdistrictlevel,calculatedfromAvillageILIindexwas5.5,andthereisAvillage23.7%lowerleakagespace,thusitisconcludedthatthereisAvillagethroughleakagecontrolmethodtoreducelossofspace.AftertheevaluationoftheleakageleveloftheAcommunity,itisnecessarytodeterminewhethertheAcommunityneedstocontroltheleakagethroughthestressmanagement.ThroughthestressreductiontestinA,itisconcludedthattheareacanbelostandcontrolledbyinstallingthepressure-reducingvalve.AccordingtotheactualsituationofA,itisconsideredthatthepressurecontrolshouldbecarriedoutinthewayofthepressurecontrolvalveonlyattheoutletofthepumpstationintheresidentialarea-II- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文tomaximizetheeconomicbenefit.TheoptimalcontrolmodelofvalveinAwassetup,andthemodelwassolvedusingdifferenceevolutionalgorithm.TheresultsshowthattheleakagerateofAcellisreducedfrom29%to22%,andtheeffectofpressuremanagementisbetter,whichcaneffectivelycontroltheleakageofwatersupplypipenetworkinA.Keywords:wavelettransform,Leakageevaluation,Leakagecontrol,Pressurereducingvalve,Differenceevolutionalgorithm-III- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文目录摘要................................................................................................................................IABSTRACT......................................................................................................................II第1章绪论.................................................................................................................11.1课题研究背景........................................................................................................11.2供水管网漏失概况................................................................................................11.2.1国内供水管网漏失概况.................................................................................11.2.2沈阳城市供水漏失现状对比.........................................................................21.3城市供水管网漏失量化及评价现状.....................................................................31.3.1城市供水管网漏失评价标准及指标.............................................................31.3.2漏失量化及评价方法.....................................................................................51.4城市供水管网漏失控制研究现状........................................................................81.4.1供水管网分区管理.........................................................................................81.4.2阀门优化的漏失控制管理.............................................................................91.5本文主要研究内容及技术路线............................................................................9第2章沈阳市供水现状及漏失分析...........................................................................112.1沈阳市供水概况..................................................................................................112.1.1沈阳市供水现状...........................................................................................112.1.2沈阳市供水管网现状...................................................................................112.1.3沈阳市小区二次供水现状...........................................................................122.2沈阳市供水管网漏失原因分析..........................................................................122.3沈阳市供水产销差分析......................................................................................162.3.1沈阳市产销差计算方法...............................................................................162.3.2沈阳市供水产销差构成分析.......................................................................172.3.3产销差分析对比...........................................................................................202.4本章小结..............................................................................................................21第3章沈阳市小区漏失量数学模型的构建...............................................................223.1沈阳市小区漏失量测量前期工作......................................................................223.1.1测试小区的选择...........................................................................................223.1.2A小区概况.....................................................................................................223.2A小区测试方法....................................................................................................253.3小波变换理论分析..............................................................................................25-IV- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3.3.1小波变换分离A小区漏失量的依据..........................................................253.3.2A小区漏失量分离的小波变换算法.............................................................263.3.3建立A小区漏失分离数学模型..................................................................313.4本章小结..............................................................................................................32第4章A小区漏失量化及评价....................................................................................334.1漏失量化方案......................................................................................................334.1.1A小区漏失量测试准备工作.........................................................................334.1.2小波变换计算A小区漏失量的应用..........................................................344.1.3夜间最小流量法...........................................................................................394.1.4两种方案数据分析.......................................................................................414.2A小区漏失评价....................................................................................................434.2.1不可避免物理漏失量...................................................................................434.2.2漏失程度指数...............................................................................................444.2.3A小区漏失程度分析.....................................................................................444.2.4运行压力分析...............................................................................................454.3本章小结..............................................................................................................46第5章A小区漏失控制研究........................................................................................475.1A小区漏失控制方法............................................................................................475.2A小区降压控制漏失可行性分析........................................................................475.2.1A小区降压控制漏失可行性概述.................................................................475.2.2测试方法.......................................................................................................475.3A小区减压阀的选择及使用................................................................................495.4A小区减压阀优化控制........................................................................................515.4.1建立阀门优化模型.......................................................................................515.4.2选择减压阀优化控制模型算法...................................................................535.4.3求解减压阀优化控制模型...........................................................................535.4.4A小区阀门优化控制数据分析.....................................................................555.5本章小结..............................................................................................................59结论.............................................................................................................................60参考文献.........................................................................................................................61哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及授权书.........................................................65附录1测试小区统计数据............................................................................................66附录2A小区管段基本数据信息..................................................................................67致谢.............................................................................................................................70-V- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文个人简历.........................................................................................................................71-VI- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1课题研究背景按照国际上的标准，如果一个国家水资源超过20%为其国家的用水量，发生水资源危机的可能性就很大。对于我国水资源状况的分析表明，我国水资源状况已经接近水资源危机边缘。近年来，受自然因素和人类活动影响，我国水资源总量有明显的减少。水利部2013年水资源公报数据显示，我国水资源总水量约为2.8万亿立方米，占世界总水量6%，其中地表水资源总量与地下水资源总量分别为2.68万亿立方米与0.8万亿立方米。除去无法利用的淡水资源，我国实际可以被利用的淡水资源更少，仅为1.1万亿立方米。水利部数据显示，我国用水总量正趋近国务院确立的2020年的控制目标，全国正常省份缺水量高达每年550亿立方米。水资源的需求日益增长，而有限的水资源已经不足以满足，然而水资源的浪费更加加速了水资源的紧缺[1]。城市供水管网中的水管爆裂、明漏、暗漏所形成的漏失水量造成的水资源浪费也是巨大的。数据显示，我国城市供水管网漏失率在30%至50%之间，我国城市管网因漏失损失的水量可达到每年约100亿立方米。1.2供水管网漏失概况1.2.1国内供水管网漏失概况城市供水管网系统是推进城市现代化进程、保障人民生活、推进社会与经济的发展生产进程中，必不可少的基础设施建设，地位举足轻重。2006年，《城市供水统计年鉴报》及城市供水统计资料[2]数据显示，在统计的528座城市供水管网中，有自来水厂1329座，其中包括地表水厂783座，地下水厂546座。其中36座城市的最大供水量达到5.0×105m3/d以上，13座城市的日最大供水量到达1.02×106m3/d以上。我国城市供水管网漏失总量正逐年增加。《城市供水管网漏损控制及评定标准》规定，城市基本漏失率不超过12%[3]。2010年，吉林、辽宁、江西、湖南四个省份的漏失量在全国排名前4位，其中吉林省位居第一，供水管网漏失率达到23%；而辽宁省以19.3%的管网漏失率位居第二。资料表明，当前我国城市供水管网漏失指标远远达不到《城市供水管网漏损控制及评定标准》中规定的12%漏失指标。较大的漏失水量加剧了城市水资源的流失现象，增加了供水企业的制水成本和供水设备的投资费用。可见减少城市供水管网漏失，进行供水管网漏失控制的工作已经迫在眉睫。-1- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1.2.2沈阳城市供水漏失现状对比发达国家对供水管网漏失状况非常重视。根据供水设备规模、管道老化程度和漏失现状，制定长期规划方案与漏失控制目标，采取技术手段进行分步执行。英国由于城市现代化建设较早，管线埋设已达到200多年的年限，管网漏失情况较严重。根据英国的标准，管网漏失率不超过7%，为实现这一标准，经过20多年的管网改造，英国的漏失率由29.6%降到18.8%。40年前日本东京和大阪两座城市的漏失率大约为30%，经过努力，现在漏失率不超过8%，美国不超过8%，德国和瑞士的平均漏失率仅为4.9%。部分欧洲国家平均漏失率统计如图1-1所示。我国城市供水管网漏失率与先进国家相比高出18.1%，与先进城市台北相比高出11.2%。沈阳市供水管网漏失率在22%左右，在世界漏失率平均水平范围内。由此表明，相对于世界先进水平而言，沈阳市供水漏失率有很大的差距，有很大的降低漏失的空间。图1-1部分欧洲国家平均漏失率由1997年建设部研讨会的数据得知，我国城市供水管网漏失率先进水平是15.8%（新建的中小型城市），近几年很多城市贯彻落实建设部关于降低漏失的文件精神，并采取相应措施，降低漏失的效果显著。沈阳市漏失率为22%左右，与国内供水漏失率先进水平相比，还具有一定的差距。沈阳市地理位置为我国的东北地区，供水管网容易被冬季严寒因素影响。沈阳市城市规模较大，供水管网系统长度较长且建设年代历史悠久，管网系统埋设在地下，且较复杂，导致供水管网漏失的检测及维修较困难，从而在供水管网漏失控制方面产生不利因素。-2- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文选择东北地区的部分同类城市与沈阳市供水漏失率对比分析，如图1-2所示。图1-2东北地区城市供水漏失率对比分析1.3城市供水管网漏失量化及评价现状1.3.1城市供水管网漏失评价标准及指标我国于2002年制定的《城市供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ92-2002)，为城市漏失控制与评价制定了可行的评定标准，如表1-1所示。标准规定：1)城市供水系统管网漏失量应不超过12%2)城市供水系统管网实际漏失率按照基本漏失率修正后确定。标准的修正：1)当居民用户的抄表水量超过70%时，漏失量增加1%。2)评定标准的修正应该结合单位供水量的管长，修正值见表1-2所示。沈阳市供水系统衡量供水管网漏失程度指标通常有三种：1)漏失率漏失量与供水总量的百分比称作漏失率，数学表达式见式（1-1）所示：QtLR100%（1-1）Qs式中LR——漏失率（%）；Q——年漏失水量（m3）；tQ——年供水总量（m3）。s2)单位管长漏失量-3- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文单位管长漏失量如式（1-2）所示：QtLPL（1-2）8760L式中LPL——单位管长漏失量（m3/km/h）；L——管道总长度（km）。3)单位用户接口漏失量单位用户接口漏失量如式（1-3）所示：QtLPN（1-3）8760N式中LPN——单位用户接口漏失量（m3/个/h）；N——接口用户数（个）。表1-1我国《城市供水管网漏损控制及评定标准》水量平衡标准CJJ92-2002售水量收费水量售水量有效供水量免费供水量未收费水量供水总量未授权用水产销差水量管网漏水量漏失水量计量误差表1-2单位供水量管长修正值供水管径单位供水管长修正值≥75mm<1.40km/km3/d减2%≥75mm≥1.40km/km3/d,≤1.64km/km3/d减1%≥75mm≥2.06km/km3/d,≤2.40km/km3/d加1%≥75mm≥2.41km/km3/d,≤2.70km/km3/d加2%≥75mm≥2.70km/km3/d加3%沈阳市供水系统用漏失率评价管网漏失水平，漏失率是一个综合指标，在一-4- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文定程度可以作为衡量供水管网漏失水平的指标，有一定程度的可比性。它的缺点是缺乏管网的因素，供水管网的管网因素不能被真实反映出，实际情况被掩盖。通过研究和长期的实践，事实证明，许多外国专家认为，用单位管长的漏失量和单位接口漏失量作为指标来衡量供水管网漏失量更加合理。然而，在我国，城市住宅的水平是非常不同的，同时形成不同方式的抄表模式。相同用量的用户接口数是多样的，所以单位用户接口的漏失量这项指标，不适合我国城市目前的情况。管网供水压力等因素同样影响漏失量，但单位管长漏失量忽略了这一点，所以也不能作为比较全面的反映管网漏失的因素。1.3.2漏失量化及评价方法关于精确计算供水管网漏失水量的方法，从而评价供水管网漏失程度，目前国际上还没有统一的标准。BABE（BurstandBackgroudEstimate）理论主要观点认为，供水管网总漏失量包括表观漏失量和物理漏失量，供水管网漏失量化及评估一般有以下三种方法：1、夜间最小流量法夜间最小流量法[4]是借助流量监测记录仪，对一个与外部管网无关联的封闭区域连续记录某一时段的流量值，用数学方法对数据进行处理与分析，从而评估该区域夜间漏失情况。夜间最小流量数据分析方式一般分为2种[5,6]：（1）比值法如果夜间测得的最小流量与日均用水量的比值超过某一固定百分比，则认为该区域存在漏失。各国对于这一百分比有不同标准，英国取40%，美国取50%。（2）经验法按照经验参数绘制用水标准曲线图表，再将实际测得的夜间最小流量与此曲线图表相比较，如果比较的结果与用水标准曲线存在差异，则认为该区域存在漏失。夜间最小流量计算方法包括：（1）根据实际测量的夜间最小流量和用户在此期间的用水量，计算夜间最小流量时段的漏失量。（2）当夜间最小流量时段的漏失量确定后，根据压力与流量的关系式估算日平均漏失量。2、水平衡分析供水管网漏失一般指管网中流经的用户用水，由于管材、管道、接口等原因，有一部分未流入用户端使用，而流失到管段外的水量。而另一部分漏失为已被用-5- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文户使用，但由于非法使用或者计算失误等原因未被记录的漏失水量。未计量用水UFW(Unaccountedforwater)或未收费用水NRW(Non-RevenueWater)，替代漏失的水量做出统计分析，在一定程度上成为漏失的公用评价指标，由于没有阐述所包括的每一项漏失水量的标准定义，很难相互比较，并且具有一定的盲目性。国际水协会(IWA)和美国给水协会(AWWA)联手共同推出了关于供水系统评价的新指标与相关标准，一直使用多年的未计量用水率或未收费用水率指标将不再使用，提倡使用系统漏失指数指标来评价漏失控制水平，并制定供水系统的水平衡方法，如表1-3所示。其中漏失水量包括：表观漏失水量与实际漏失水量，而实际漏失水量中，又包含基底漏失量和潜在的可回收漏失量。基底漏失量指现有技术不可避免的漏失量，即不可避免物理漏失量。而实际漏失水量包括：不可避免物理漏失量、暗漏水量、明漏水量。其中不可避免物理漏失量的流量小，时间漫长，不容易发现。表1-3国际水协水平衡分析图计量收费用水量收费授权用水量得到收入用水量未计量收费用水量授权用水量未收费授权用水未收费计量用水量量未收费未计量用水量未授权用水量系统进水量表观漏失水量计量误差水量未得到收入用水量输配水管漏失水量水损失水池漏损或溢流水量实际漏失水量接户管至用户水表间的漏失量3、基于水力模型的漏失量分析法从20世纪80年代开始，国内外科学家及学者们才对供水管网漏失分析的方法展开研究[7]。（1）国外研究现状1985年，英国水专家协会（WAA）建立供水管网压力与漏失量之间的关系[8]，Germanopoulos[9,10]将此关系式引用到供水管网漏失分析中，建立了供水管网漏失模型，如式（1-4）所示：-6- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文HHij1.18QCL()（1-4）Lijij2式中Q——管段漏失量（m3/h）；LC——漏失系数；ijL——管段i，j节点的管段长度（m）；ijH，H——管线ij段节点i和节点j的压力（m）。ij1986年，Trautmann[11]提出漏失等效直径的概念，在假设管段的损坏满足Poisson过程基础上，给出管段破坏程度的前提下，用MonteCarlo技术模拟每一段管线的破坏程度。1998年，A.Sinozuka[12]改进了实验设备，在两种漏点的漏口面积相同的前提下，以圆孔型的漏口代替管段中形状不规则的漏口，提出漏失模型，如式（1-5）所示：Q0.64A2gH（1-5）LLL式中Q——管网漏失水量（m3/h）；LA——漏点面积（m2）；LH——漏点压力（m）。L在实际供水管网中，管段破坏所形成的漏口的形状往往是不规则的，而不规则的漏口形状所产生的对水流的摩擦力比规则的圆孔形状大得多。所以模型中用圆孔型漏点模拟实际供水管网中供水压力与漏失量之间的关系，不是完全合理的，导致计算实际供水管网漏失量会产生较大误差。1999年，T.TucciarelliAC与RossmanL在实验数据基础上建立漏失模型[13,14]，如式（1-6）所示：1.18QKH（1-6）Ljj式中Q——漏失量（m3/h）；LK——漏失系数；jH——管网压力（m）。j（2）国内研究现状1986年，中国给排水协会提出点式漏失模型，对于管段的破坏程度，通过漏失面积来计算，如式(1-7）所示[15]：q0.421SH(1-7）式中q——管段漏失量（m3/h）；S——管段漏失面积（m2）；-7- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文H——管段漏点压力（m）。2000年，冯启民[16]提出了一个点式漏失模型，在规定水流方向前提下，并且假设漏点是在管线下游某一节点处，对于有渗漏状态存在的管线，利用此模型计算漏失量可能不够准确。2005年，哈尔滨工业大学赵洪宾教授认为单一漏点出流方式有两种：孔口自由出流和淹没出流，并以此建立漏失模型，验证了漏失量与压力呈指数关系，且漏失指数在[0.5,1.5]区间内。周建华[17]认为，供水管网中的漏失分为两种情况：一种是认为供水压力发生变化时，管段的漏口面积不随之发生改变，漏失量与P0.5成正比关系；另一种则认为，管段接口处发生的漏失，与管段漏口漏失不同，此种漏失的漏口面积会随着供水压力的增加而增大，漏失量与P1.5成正比关系。1.4城市供水管网漏失控制研究现状目前，漏失控制已经成为国际上一项重要研究课题，国际水协（IWA）已将漏失控制视为每届水大会的重要会议内容。管网漏失已经引起发达国家的重视，早在上世纪60年代便开始开展漏失检测研究工作，注重漏失检测技术及设备的研发工作，并成立相关的研究机构，并且取得了显著的漏失控制效果。日本水道协会（JWWA）、英国水研究中心（WRC）、美国供水协会（AWWA）成立专门的部门，发表专门报告，针对漏失控制问题进行专门研究，通过水力模型与检漏技术相结合，注重建立管网模型。控制供水管网漏失，制定控制漏失的相关策略与方法，并且付诸行动，达到使管网漏失降到最低的目的，以此来达到节约水资源、减少生产成本及经济损失、增加供水企业的经济效益、完善管理模式、提供供水企业管理水平及服务质量的目的。1.4.1供水管网分区管理管网计量分区管理（DistrictMeteringArea，DMA）是进行供水管网区域化的一种新模式。实现供水系统最优调度的前提是，把一个拓扑结构复杂的供水管网划分为多个小规模供水区块。供水管网分区管理与管网中单一的串联及并联相比，将供水管网划分成多个区块，通过将城市供水管网分为不同的小区块，每个区块分别安装流量计，进行分区域计量，对不同区域进行漏失检测，从而判断每个区域的漏失区块，进而采取相应措施控制漏失，降低漏失率。上世纪80年代，欧洲部分发达国家，开始对城市供水管网分区管理展开研究。根据国外经验，把供水系统划分成不同的小区块，并且在每个区块的进出口处安装计量仪器，实现泵站出口流量与出口流量的分别独立计量，有利于实时掌握整-8- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文个供水系统的运行状态。英国早在1980年便首次提出计量分区管理，伦敦把供水系统划分成16个小区块，日本东京则根据供水系统的具体情况，将管网划分成50多个小区块。对于应用DMA分区技术进行漏失控制的研究，国内也进行了积极的研究。近几年，北京、上海、香港、深圳等城市逐步实行计量分区管理，并且在研究与应用方面取得了不错的效果，这也将成为很多供水企业研究的课题。1.4.2阀门优化的漏失控制管理20世纪80年代，国外开始研究供水管网漏失控制理论及其方法[18-21]。上世纪80年代，Goodwin[22]等经过研究建立了压力与漏失关系式，由此建立了供水压力控制漏失模型。Jowitt和ChengchaoXu[23]在供水管网中进行供水压力的优化分配，配置流量控制阀，建立数学模型，采取线性规划法运算流量控制阀最优开启方案，从而控制漏失。Powell[24]提出运用变速泵与压力控制阀相结合的方式，运用最小绝对值估计法使优化问题线性化，通过稀疏修正法优化供水压力，最终达到控制漏失的目的。F.H.Chaudhry等[25]计算供水管网阀门的最优方位，运用遗传算法，使计算的准确度进一步提高。Ulanicki、Bounds[26]以及Sterling[27]等通过进一步对供水管网中阀门位置的选择与阀门开启度的计算进行了优化，建立了阀门优化控制方案，极大程度减少了管网漏失。发展中国家对漏失控制问题的重视程度也越来越显著，结合实际情况及其漏失控制问题展开研究，但是由于经济发展、管理体制、资金等方面的限制，漏失控制水平与发达国家相比相差很远。国内对于供水管网漏失控制的研究主要集中在压力驱动节点流量水力模型及减压阀优化控制。其中王俊良等[28]以漏失最小为目标函数，结合压力驱动节点水力模型，建立漏失控制数学模型。田林等[29]将供水管网阀门开启度作为决策变量，建立阀门优化控制模型，运用枚举法求解。耿为民[30,31]将管网漏失量最小为目标函数，建立阀门优化控制模型，并运用遗传算法对阀门位置及阀门开启度进行计算。同济大学王磊[32]，哈工大张飞凤[33]通过建立阀门优化控制模型，并运用最优化算法求解模型。1.5本文主要研究内容及技术路线本课题作为沈阳水务集团的研究项目，对沈阳市供水系统漏失原因及产销差-9- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文进行分析，通过数据收集与调研工作，选择A小区作为工程实例研究对象，通过小波变换算法计算A小区漏失水量，并对A小区漏失程度做出评价，通过安装减压阀的方式对A小区进行漏失控制。本文研究内容主要有：1、在对沈阳市供水管网漏失原因分析的基础上，并且对供水产销差及其构成分析，了解沈阳市供水产销差的各种影响因素。2、通过对沈阳市小区的调研工作，搜集测试小区数据并进行分析，选择A小区作为本课题工程研究对象，分析小区概况，并对小区漏失量测量工作做了前期准备工作，运用小波变换算法建立用水量与漏失量分离模型，并以小区泵站出口处流量计的在线流量作为观测信号，根据小区流量计信号波形特征选用小波函数及分解层数，对流量信号进行用水量及漏失量分离，并对分离结果重构，得出小区供水管网用水量，运用总流量与用水量的差值计算出漏失量。3、运用漏失指数ILI及漏失率两项指标对A小区进行漏失评价分析，通过分析得知需要对A小区进行漏失控制，降低漏失。4、在对A小区漏失评价的基础上，研究A小区漏失控制方法，通过压力控制进行管理，安装减压阀，并运用差分进化算法求出最优阀门开启方案，对A小区实行漏失控制，减小漏失率。本文技术路线如图1-3所示。沈阳市供水漏失原因及产销差分析选择测试小区、建立漏失量分离模型小波变换算法计算A小区漏失量评价A小区漏失程度A小区降压潜力测试通过安装减压阀，计算减压阀开启度对A小区漏失控制图1-3本文技术路线流程图-10- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第2章沈阳市供水现状及漏失分析2.1沈阳市供水概况2.1.1沈阳市供水现状沈阳水务集团承担着向沈阳市工业生产和居民生活供水的重任，截至2014年，沈阳市担负225平方千米的供水面积，393万供水人口。日平均供水量约为138.1×104m3，其中大伙房水库供水量为35.8×104m3，为地表水，水质处理工作由李巴彦水厂负责，余下102.2×104m3的水为地下水。沈阳市供水系统分布9个水厂、32个水源，476眼地下取水井，大多数取水井与市中心的距离较远。其中沈阳市北部地区分布有三个水厂，南部地区分布一个水厂，余下的水源都分布在市区附近。其中一个水厂担负处理地表水的任务，每天可处理50×104m3，余下的水厂处理地下水。此外，还有少数的补压井分布在沈阳市内供水压力较低的地域，补压井的水量较少。2.1.2沈阳市供水管网现状沈阳市32处水源的出口干线总数为56条，每条出口干线上都配备水量计量表，其中安装电磁流量计8处，超声波流量计41处，超声水表3处，机械水表6处，通过这些流量计计量的供水量占全市总供水量的99%。沈阳市供水管网依照供水压力的连续监测运行，整个管网分布供水压力监测点360处，其中自动远传监测点有38处，读数可在中心调度室读取，中心调度室可根据远传的信息调整各个水厂的供水量，以达到供水压力的要求，并通知各水厂进行供水量的调整。沈阳市输水管线长度为641千米，最大管径为2200mm。约为2710千米为市街配水管网，其中89.2%为铸铁管，12%为球墨铸铁管，9.3%为水泥预应力管，1%为PE管。其中1931千米的市街管网年限为30年以上，占市街管网的69%，1621千米为小区内网供水管线，如图2-1所示。由图2-1可知，沈阳小区供水管网管线建设年代为10-20年所占比例最大，为46.4%。10年以下所占比例最小，为18.6%。沈阳市地势较为平坦，海拔高度变化不大，最高海拔为李巴彦49米，最低海拔为西南部43米。沈阳市供水管网的运行方式为低压运行，压力变化范围白天10m-13m，夜间13m-17m。-11- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图2-1沈阳市供水管网建设年代统计图2.1.3沈阳市小区二次供水现状沈阳市供水人口393万，居住在住宅小区的人口占大部分。沈阳市有2753个二次加压泵站，供给96%的居民生活用水。沈阳市有2230个二次加压泵站由沈阳水务集团接管，其中有1210个泵站通过并网改造运行，供水量为沈阳市二次加压泵站的85%。平均每个泵站供水楼栋数为20栋，每栋楼平均供水人口为105户。二次加压泵站蓄水池容积为10m3至2000m3，平均为310m3，蓄水池结构为钢筋混凝土与钢制水箱，其中钢筋混凝土占90%。二次加压泵站供水方式为连续24小时供水。2.2沈阳市供水管网漏失原因分析管网漏失影响因素包括两个因素：自身的因素和外部因素。自身因素包括：管径、管材和年龄；外部因素包括：操作压力、温度、埋深、外部荷载、施工质量、地质条件。根据沈阳水务集团统计的数据资料，首先对沈阳水务集团的漏失维修记录分析，根据2014年数据得出全年的漏失状况按照不同月份统计如图2-2所示。由图2-2可得出，6、7、8月三个月份，沈阳市管网漏失量偏大，可能的原因为6、7、8月份供水压力相对偏高，漏失量增加。1、管材沈阳市城市供水管网主要管材可分为：SP管(钢管)、预应力钢筋混凝土管、DCIP管(球墨铸铁管)、PVC-U（硬聚氯乙烯管）、PE管(聚乙烯管)。-12- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文根据沈阳水务集团2014年不同管材检测出的管网漏失次数统计如图2-3所示。由图2-3知，在这些供水管材当中，漏失频率排序依次为：钢管最大，比例高达55%；预应力钢筋混凝土管次之，占23%；DCIP管再次之，占13%；聚乙烯管(PE管)与硬聚氯乙烯管的漏失频率是最低的，共占11%。沈阳市2000年之前建成的老旧住宅小区，其室外管线材料主要以铸铁管为主，是漏失比例较大的管线材质。图2-2沈阳市2014年漏失频率柱形图图2-3沈阳市2014年不同管材检测漏失统计柱形图2、管径供水管网中，管径的计算公式如式（2-1）所示[34]：4Q1/2D()（2-1）v-13- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文式中D——管线直径（mm）；Q——管线流量（m3/h）；v——设计流速（m/s）。管道内部水力条件，直接受管径大小的影响。沈阳市2014年供水管网在不同管径下漏失发生次数统计如图2-4所示。由图2-4得知，沈阳市98%的漏失都发生在DN300以下的管线上，其中DN100、DN150、DN200三种管径的管线尤为严重。图2-4沈阳市2014年供水管网漏失管径分布图沈阳市住宅小区供水管网的管径普遍为DN300以下，是漏失发生次数偏高的管径。小管径管线的管壁薄，相同压力条件下发生漏失的概率大。3、管道铺设年限管线的老化程度随着铺设年代的增加而增大，与新管线相比，旧管线形成漏失的概率较大。沈阳市管网漏失与埋设年代统计数据如图2-5所示。由图2-5分析得出，铺设年限与管线漏失没有必然联系，埋设年限在10到20年之间的管线漏失率，与埋设年限在10年以内相比，高出68%。然而具有大于20年埋设年限的管线，漏失率却有所减低。4、管线接口沈阳市2014年管线接口漏水情况分析如图2-6所示。由图2-6得出，球墨铸铁管胶圈接口有较好的密封性，较强的抗腐蚀能力，造成漏失的比例及其低。5、管线埋深管线埋深所需要考虑的因素有：管段强度、负荷、土壤、地基、管径、管段相互交错情况等。北方冰冻地区管线埋深除以上因素外，土壤的冻结深度因素也-14- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文需考虑在内。图2-5沈阳市管网漏失与管线铺设年代柱形图图2-6沈阳市2014年接口漏水情况分析图6、温度变化由虎克定律得出管线在温差作用下轴向应力，如式（2-2）所示：=Et（2-2）式中——管线伸缩指数；E——管线拉伸模量；t——温度差。沈阳市地处中国东北地区，四季交替，温差变化大，冬季最低温可达零下25度，夏季最高温可达零上30度，导致轴向应力变化大，管线经历长时间使用后，会造成管线断裂。-15- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文7、运行压力管网中的运行压力分布对于漏失量有着密切的影响，漏失量随着压力的增加而增大，压力不足时，又会导致分配给居民用户的用水达不到要求。所以，控制供水管网漏失量的最主要手段为压力控制。2.3沈阳市供水产销差分析2.3.1沈阳市产销差计算方法根据沈阳市2014年1月~12月的每月总供水量和总售水量，对数值进行多个月份的比较，如果基本保持一致，则该数据可认为是基本准确的。由此推算供水管网产销差，如式（2-3）、（2-4）所示：QQsiiLRi100%i1,212（2-3）QsiQsiQiLR（2-4）Qsi式中LR月产销差率（%）；iQ月总供水量（m3/月）；siQ月总售水量（m3/月）；iLR产销差率（%）。沈阳市2014年月供水量与月售水量统计图如图2-7所示，2014年月产销差率如图2-8所示。图2-7沈阳市月供水量与月售水量统计图-16- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图2-8沈阳市2014年月产销差及年均产销差率2.3.2沈阳市供水产销差构成分析产销差率是建设部对供水企业考核的重要指标之一，是供水企业提供给城市输水配水系统的供水总量与用户的用水总量中收费部分的差值，与供水总量的比率。产销差率可反映供水企业投入与产出的差值程度，进而反映供水企业的管理水平、技术水平、市场竞争能力。影响产销差率的因素包括直接因素与间接因素，贯穿在供水企业生产、经营、服务的整个过程中。根据沈阳水务集团供水、配水、二次加压供水、经营销售与服务等整个流程和业务特点，得知影响产销差率的主要构成因素有：市街管网及附属设施漏失量、二次供水内网系统漏失量、配水系统生产自用水量、消防用水、销售丢失水量及公益用水、农民免费补偿用水等。1、根据沈阳市特点，通过2.2节分析，得出造成市街管网漏失的因素主要有：管网年限久造成老化、管材落后、道路荷载变化、管道接口、管网巡查不到位。由沈阳水务集团漏失事件记录数据，得出市街管网漏失影响因素所占比例如图2-9所示。根据2014年对沈阳市市区东北部601、606地区市街管网漏水调查情况修正推算至全市市街管网漏失率为20.79%。在供水管网漏水抢修过程中，由于关闭阀门后管网里仍然存在一定的水量，这些水量需要由漏点排出，有的甚至阀门关闭失灵，造成作业时间的延长，由2014年市街管网漏水抢修数据得出，漏水抢修维修期间排水损失水量为359.2万m³，占0.90%，所以，市街管网及附属设施漏失率合计21.69%。-17- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图2-9沈阳市市街管网漏失量影响因素2、二次加压供水内网漏失量构成因素：泵站设施及水池漏水、小区内网漏失、楼内管网漏失、水表计量误差。根据2014年沈阳水务集团对全市62处二次加压供水内网漏失率的监测及分析计算结果得出，总产销差率为23.36%。其中居民生活用水占总用水42%，居民生活用水中，二次加压供水占居民总用水量的95%。那么二次加压供水内网漏失率影响总产销差为42%23.36%95%9.32%。根据2014年对全市62处泵站进出口水表计量数据统计、出口表和楼前表计量数据统计及楼前水表与居民户水表计量数据统计分析，各因素影响小区内网漏失比例如图2-10所示。图2-10沈阳市二次供水内网系统漏失量影响因素-18- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3、配水系统生产自用水量漏失构成因素：供水管网管路冲洗用水量、管网末端放水耗水量。按照国家要求，沈阳水务集团在全市各区共设有238处放水点用于供水管路冲洗及末端放水，没处放水地点通过4个消火栓同时放水。2014年沈阳水务集团共放水15次，每次放水时间2小时，末端放水量为287.4万立方米，由此得出，沈阳市配水系统运行自用水量对产销差的贡献为0.40%，管路冲洗与管网末端放水对供水系统运行自用水量比例如图2-11所示。图2-11沈阳市配水系统生产自用水量影响因素图2-12沈阳市销售环节丢失水量及公益性用水影响因素构成4、消防用水根据沈阳市消防支队出警记录统计，测算2014年全年消防用水量大约为48.4万立方米，分析得消防用水导致产销差为0.10%。-19- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5、销售丢失水量及公益用水构成因素：偷盗用水、管理不到位、绿化用水及道路喷洒用水。根据沈阳水务集团相关数据分析计算得出销售丢失水量及公益用水造成的产销差率为2.29%。各部分影响因素如图2-12所示。6、无费水量（补偿水量）根据沈阳市政府与当地农民签署免费用水补偿协议相关内容，按照审定标准，以六水厂、八水厂补偿水量作为农民无偿用水量，此部分水量为无费水量，根据2014年统计一次实际表外水量418.1万立方米，经计算，对产销差贡献率为4.74%。2.3.3产销差分析对比根据2.3.1节中计算方法得出沈阳市产销差率为：42.85%。根据2.3.2节产销差构成分析，可得沈阳市产销差率构成因素为：市街管网漏失水量占总供水量21.69%；二次供水内网漏失水量占总供水量9.32%；消防用水占总供水量0.10%；销售环节丢失水量及公益用水占总供水量2.29%；无费水量占总供水量4.74%；供水管网运行自用水量占总供水量0.40%。将各项累加得产销差率为38.54%，各项构成因素比例如图2-13所示。管网供水系统自用水量1.04%无费水量12.30%销售环节丢失水量及公益性用水量6.94消防水量0.26%市街管网漏失二次供水内网系统漏失56.28%24.18%图2-13沈阳市产销差构成因素比例图扣除无费用水导致的产销差，实际产销差为33.80%。造成误差的主要因素为出厂水计量误差所导致，如果将此计量误差核算到对产销差的影响中，则计量误差产生的水量占总供水量的4.38%。将其核算到产销差中，则由第二种途径计算得-20- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文出产销差率为38.54%+4.38%=42.92%，与42.85%相近。这极小的误差说明将产销差构成因素进行分类分析计算是准确的。通过以上分析得出：（1）沈阳市产销差率为42.85%。（2）产销差的主要构成因素是管网物理漏失量（市街管网漏失及二次供水内网漏失），占总供水量的32.12%，占产销差的81.52%。两种途径产销差分析如表2-1所示。表2-1沈阳市产销差分析类别据销售分析据统计研究分析总产销差42.85%42.92%扣除出厂水计量误差38.65%38.54%扣除无费水量34.12%33.80%可见市街管网漏失和二次供水内网系统漏失是沈阳水务集团产销差居高不下的主要原因，有必要通过一定的手段控制市街管网和二次供水内网系统漏失，从而减小产销差率，实现经济效益。2.4本章小结本章通过论述沈阳市供水概况，分析沈阳市供水管网漏失原因，分析沈阳市供水产销差及其构成因素。沈阳市供水管网漏失原因主要有：管材、管径、管道铺设年限、管线接口、管段埋深、温度变化、运行压力等。通过计算得出沈阳市供水产销差为42.85%。通过对沈阳市供水产销差构成分析，得出沈阳市供水产销差构成因素比例分别为：市街管网及附属设施漏水量构成因素为56.28%、二次供水内网系统漏失量构成因素为24.18%、配水系统生产自用水量漏失构成因素1.04%、消防用水0.26%、销售环节中丢失水量及公益性用水构成因素6.94%、无费水量（补偿水量）12.30%。分析得出，产销差的主要组成因素是管网物理漏失量（市街管网漏失和二次供水内网系统漏失量），占供水总量的32.12%，占产销差的81.52%-21- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第3章沈阳市小区漏失量数学模型的构建3.1沈阳市小区漏失量测量前期工作3.1.1测试小区的选择截至2014年，沈阳市政供水涵盖了大于820个住宅小区，普遍采用二次加压方式供水，沈阳水务集团接管2230座二次加压泵站，小区供水管网总长为1621km。沈阳市2000年之前建成的老旧住宅小区，其室外管线材料主要以铸铁管为主，以刚性接口形式为主，2000年之后建成的住宅小区室外管线材料主要为塑料管，包括：聚乙烯管（PE）、聚丙烯管（PP-R）、硬聚氯乙稀管（PVC-U），接口形式以热熔连接和电熔连接为主。沈阳市2000年之前建成的老旧住宅小区，其室外管线材料主要以铸铁管为主，是漏失比例较大的管线材质。排除2000年以前建成的老旧小区，根据沈阳市漏失原因分析，管线埋设年限10-20年漏失发生率较大，本课题选择10-20年埋设年限的小区进行调研分析。测试小区内均无洗浴等公共生活用水，小区供水管网管材为常用的管材，具有清晰的管网划分，配置独立的二次加压泵站，并且泵站出口处安装了超声波水表。本课题根据以上测试小区的条件，对全市68个小区供水及管网概况进行调研，从中选出25个小区，涉及供水栋数654栋、供水人口19.78万人，2014年总供水量是2323.76×104m3，售水量是1777.97×104m3，总产销差率为23.36%，具体数据见附录1所示。根据调研情况及附表2统计数据分析，由于A小区供水压力较大，并且漏失率较大，高于25个小区漏失量平均水平。A小区供水管网管线材质主要为PE管，并且不包含在沈阳水务集团小区内网改造及并网改造计划名列内，所以本课题选择A小区作为漏失量测试及控制研究的测试小区。3.1.2A小区概况A小区建于2005年，供水管网供水面积10.5万平方米，供水楼栋数为31栋，均为多层建筑，没有高层建筑。小区内有1根管线与外连接，直径DN300，小区人口3156人，入户连接数1262个，日平均供水量1232m3/d，总管长2666.8m，管材主要为PE管，小区内无公共生活用水设施，具有清晰的管网划分，并且拥有独立的泵站，采用微机变频调速供水的方式，运用GPRS远传系统远程监控并实时读取小区泵站出口流量及管网运行压力数据。由2016年的监测数据得出A小区二-22- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文次加压泵站出口最大流量为83m3/h，最小流量为32m3/h，供水管网最大压力为46m，最小压力为38m，最不利点最高压力为33m，最低压力为29m。A小区供水管网含42个节点和57个管段，节点的基本信息如表3-1所示，管段的基本信息见附录2。A小区二次加压泵站出口处安装超声波水表和0.6级精密压力表，实时监测泵站出口处供水量、瞬时流量、供水管网运行压力，同时安装远传数据采集通信设备，数据传输可通过GPRS进行无线远传，采用水网集中管理系统接收数据。沈阳水务集团水网集中管理系统如图3-1所示，超声波水表如图3-2所示，GPRS无线远传系统结构拓扑图如图3-3所示。图3-1沈阳水务集团水网集中管理系统图3-2超声波水表-23- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图3-3GPRS无线远传系统结构拓扑图表3-1A小区供水管网节点基本信息节点编号地面标高（m）节点编号地面标高（m）节点编号地面标高（m）111.41514.52910.3214.31613.7309.2312.41712.43114.3413.11816.73216.3515.41913.53313.6612.42014.2348.6715.82116.33512.3811.22215.33613.1916.32313.73712.71013.42415.33810.31112.82512.33912.41217.52611.94016.21316.42713.34113.21418.32814.54211.5-24- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3.2A小区测试方法本课题运用信号处理小波分析方法对A小区漏失量进行量化计算，通过A小区泵站出口超声波水表及压力表GPRS无线远传实时数据，运用小波变换Mallat算法对流量信号进行用水量与漏失量信号分离，通过小波重构得出用水量，通过总供水量减去用户用水量，从而计算出A小区漏失水量。3.3小波变换理论分析3.3.1小波变换分离A小区漏失量的依据信号是一种蕴含信息的物理量，从数学范畴来看，信号即为函数。在工程领域，信号通常是用一组数据或波形来体现，目前很多科学技术领域工作的重要研究课题都是信号处理。按照信号是否可取确定值，可将信号分为两类。如果可以用数学函数描述信号，或可用明确的波形表示出，则把这类信号称为确定信号。如果只可运用概率统计方法来表示信号，信号的取值不确定，则把这类信号称之随机信号。信号随时间的变化规律，只可表现出某一物理量的表面信息，很多信息是蕴含在信号内部的，无法从表面信息中体现出来。信号处理的目的就是通过一系列处理方法，把蕴含在信号内部的有用信息提取出来。信号分析是试图把一种混合信号分解成很多单一信号分量之和，用于信号处理最基本的方法为滤波。数字信号处理的数学方法主要包括：时域、频域、时频域。其中时域的信号处理不应用数学变换，频域的信号处理应用离散傅里叶变换对信号进行频谱分析，而在工程领域，信号一般同时包含高频与低频信息，既需要时间域的分析，又需要频率域的分析，所以一些学者提出时频分析方法，将信号在时间-频率二维空间上处理。时频分析方法主要包括：短时傅立叶变换（STFT）、维格-威利分布（Wigner-Ville，WVD）和小波变换[35]。小波变换的窗口大小恒定但形状变换，具有在高频域内时间分辨率高，低频域频率分辨率高的特点，是时间、频率的细化分析，具有时频变焦特征，而多分辨率这一特征，更利于每一种分辨率下不同信息的提取，小波变换运用对母小波的伸缩以及平移的计算方式对信号做多尺度分析，可分析信号的任何细节，非常适合应用于对非平稳信号的分析。M.Tabesh等提出：供水管网节点流量由用户用水量和物理漏失量组成[36]。（1）漏失模型最常用的管网压力漏失模型为TucciarelliAC与Rossman以实验数据为基础，-25- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文建立的漏失量与供水管网压力经验关系式，如式（3-1）所示：qH（3-1）lii式中——节点i漏失系数；iHi——节点i的管网压力（m）。（2）节点流量模型Wanger提出了节点用水量与压力间的关系，如式（3-2）所示：valmin0H≤H1HvalHminvalreqminvaldesQ=QdesminH≤H≤H（3-2）HHreqvaldesQH≥Hreq3式中Q——节点额定用水量（m/h）；minH——在节点用水量为0时的节点最小水头（m）；desH——节点临界压力（m）；valH——节点实际压力（m）。区域用户用水量与漏失量采用流量表计量，流量表输出的数据可以看作是一种信号，而用户用水量为随机信号。根据漏失模型得知漏失量与压力呈指数关系，漏失量随压力的增加而增大。A小区漏失量在一定时期内趋于平稳变化，可视为平稳信号。正常供水情况下，用水量与压力没有关系。用户用水量分为居民用水与非居民用水，居民用水一般受天气、人口数量及构成、节假日活动等因素影响，非居民用水也受到生产工艺与设备、企业发展等因素影响，可见城市用水量具有较大的随机性。流量表处的信号可以视为由用水量与漏失量两个信号混合而成的观测信号，构成非平稳随机信号，适合运用小波变换分离用户用水量与漏失量信号。3.3.2A小区漏失量分离的小波变换算法本课题应用小波变换算法分离A小区管网用水量与漏失量，供水管网用水量与漏失量的小波分析是基于流量信号的非平稳特性，分解出漏失量信号及随机的用户用水量信号。小波分析算法实际是通过小波函数、小波分解层数、小波变换算法试图在一组小区流量计的非平稳信号中分离漏失量信号及随机的用户用水量信号，再通过小波重构，通过小波系数求得用户用水量值，再通过运用总流量减去用水量的差值，得出A小区漏失量。1、小波变换基本原理小波变换的概念是，用一组单一系列的函数去匹配某一输入信号，这一组函-26- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文数是通过小波基函数在不同尺度空间经过伸缩与平移计算得到，并用小波空间与尺度空间表达信号[37]。2小波定义为：对一个小波母函数(t)L(R)，数学表达式如式（3-3）所示：ab1tb(t)a2()（3-3）aba式中ɑ、b为实数，ɑ≠0，且满足如式（3-4）所示的条件：()Cd（3-4）R则称(t)为小波基函数，(t)为由小波母函数(t)演变的连续小波函数，ab()为()的傅里叶变换。（1）连续小波变换小波分析运用时间-尺度方法，将信号与母小波函数在不同空间和位移上做内积。连续小波变换CWTxa,b定义如式（3-5）所示：1tbCWTxa,b=x(t)()dt（3-5）aaɑ称为(t)的伸缩因子，将小波做伸缩。b称为(t)的平移因子，将小波做平移。对于信号x(t)，其细节的分辨可以通过对参数ɑ、b调节来实现，即调节小波函数基的窗口宽度和位移。（2）离散小波变换在实际应用中，需要将连续小波针对伸缩因子ɑ和平移因子b离散化。考虑连续小波函数式（3-5），实际在离散化中，伸缩因子ɑ，限制其取正数值。则离散化的容许条件如式（3-6）所示：()Cd（3-6）0一般情况下，将连续小波变换中伸缩因子ɑ和平移因子b的离散化表达式取为：jjaa，bkab，则离散小波变换如式（3-7）所示：000jna2(kb)x(n)（3-7）CWTj,k=0j0na0离散小波函数t如式（3-8）所示：j,kjtkbajj2002jj,kta0ja0a0tkb0（3-8）a0（3）正交小波变换-27- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2-j2-j2设tLR，若t22tk，j，kZ为LR的一个标准正j,k-j2-j交基，则把t称作正交小波，把j,kt22tk称作正交小波函数。把对应的离散小波变换W(j,k)f(t),(t)称作正交小波变换。fj,k（4）多分辨分析多分辨分析也称为多尺度分析，是小波分析其中一个核心的内容，称作“数学显微镜”[38]。多分辨分析[39]是在信号的分辨率概念上建立的，用空间的概念来表述，即函222数tLR是空间LR逐级逼近的极限情况，将空间LR逐级分解，最终2构造一个与空间LR高度逼近的正交小波基。2空间LR的每一个空间序列V,jZ满足：j1）单调性：VV，jZjj122）逼近性：Vj0，closeVjLRjZ3）伸缩性：tV2tVjj1j14）平移不变性：tVt2kV,kZjj5）存在tVtk|kZ构成V的基。0j2把空间LR按照每一级分解，生成一组逐级包含的子空间，每一级中的每一个子空间都可以用其他子空间来逼近，如式（3-9）所示：VV+WVWWVWWW（3-9）0112213321分解图如图3-4所示。W为V在V的正交补，如式（3-10）所示：jjj1VVW（3-10）jj1j1与V类似，找到函数tW，对任意的jZ，j0j2jj,kt22tk;j,kZ构成空间Wj的规范正交基。j令fV的分辨率为2，为函数f的低频部分，而gW为函数f的细节部jjjj2分。则若信号ftLR，则信号表达式如式（3-11）所示：ftfJtgjt（3-11）i12j式（3-11）说明，任意函数ftLR都可按照分辨率2的近似部分，和i分辨率2的细节部分重构。-28- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文则信号的表达式如式（3-12）所示：ftfjtgjtcj,kj,ktdj,kj,kt（3-12）j1kZjZkZ式中d——小波系数；j,kc——尺度系数。j,k小波系数是小波基函数与信号的内积，它的含义是表明小波基函数与源信号局部信息的相似程度，系数越大，表明小波基函数与对应的源信号的局部特征越相似。V0V1W1V2W2V3W3图3-4小波分解示意图2、小波变换算法快速正交小波变换及其逆变换，通过快速小波算法（FWA）实现，即Mallat快速算法[40]。本文采用Mallat快速算法对小区用水量及漏失量信号分解并重构，从而达到分离用户用水量及漏失量的目的。2Mallat算法是分解系数的快速算法，其基本思想是：对于信号ftLR，通过调节尺度因子对信号进行由细节到逼近信号的分解以及由逼近信号到细节的重构。对信号ft进行j层分解得到尺度信号和细节信号，其中尺度信号ft如式j（3-13）所示，细节信号gt如式（3-14）所示：jN1fjtcj,kj,kt（3-13）k0-29- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文N1gjtdj,kj,kt（3-14）k0信号空间的关系式VVW，可知ftftgt，则尺度信号jj1j1jj1j1fjt与细节信号gjt可写成如式（3-15）的关系式：N1N1N1cj,kj,ktcj1,kj1,ktdj1,kj1,kt（3-15）k0k0k0将尺度空间V的基经过滤波可产生信号尺度空间V和小波空间W的基，双j1jj尺度差分方程，如式（3-16）、（3-17）所示：thk1,kthk2tk（3-16）kZkZtgk1,ktgk2tk（3-17）kZkZ式中hk，gk——小波变换的线性组合系数。信号空间的每一级快速分解及重构算法：1）Mallat分解公式如式（3-18）、（3-19）所示：N1cj1,kcj,khk（3-18）k0N1dj1,kcj,kgk（3-19）k02）Mallat重构公式如式（3-20）所示：N1N1cj,kcj1,khkdj1,kgk（3-20）k0k03、分离结果评价指标为更加准确的验证小波算法分离用水量与漏失量效果的准确性，需要运用评价指标评价分离结果。若X与Y为两个随机变量，它们的相关程度可用相关系数来表达，相关系数的取值范围在[-1,1]之间，X与Y的相关程度随着相关系数绝对值的增大而增加。相关系数的表达式见式（3-21）所示：Cov(X,Y)（3-21）XYD(X)D(Y)式中X——源信号；Y——与源信号对应分离出的源信号。在运用小波变换分离供水管网流量信号的效果评价中，运用相关系数表达分离用水量和漏失量的运算结果与真实的用水量与漏失量数值的相似程度。用X表i示小波变换分离的用水量与漏失量，其中i的取值为1，2。Y表示小区泵站出口i-30- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文处流量信号实际的真实用水量与漏失量，其中i的取值为1，2。则分离值与真实值的相关系数如式（3-22）所示：Cov(X,Y)ii（3-22）ijD(X)D(Y)ii式中Xi——第i个源信号，i=1,2；Yi——与第i个源信号对应分离出的源信号，j=1,2。3.3.3建立A小区漏失分离数学模型城市供水管网中任一点的流量分为用水量和漏失量，则A小区管网泵站出口处的瞬时流量包含用水量和漏失量两种信号[41]。利用小波变换分离用户用水量及漏失量的基本应用处理步骤如图3-5所示。A小区泵站出口非平稳流量信号小波分解尺度系数分解小波系数分解小波重构A小区非平稳用水量信号图3-5小波分析分离用水量及漏失量流程图根据小波分析的多分辨分析与逐级逼近原理，用信号ft表示小区供水管网2泵站出口处的瞬时流量，则ftLR，ft可以写成如式（3-23）所示：ftf1tg1tf2tg2tg1t（3-23）fjtgjtgj1tg2tg1t其中f(t)为小区管网的尺度信号，数学表达式如式（3-24）所示，gt为jj小区管网的细节信号，数学表达式如式（3-25）所示：-31- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文N1N1jfjtcj,kj,ktcj,k2tk,kZ（3-24）k0k0式中c——尺度系数；j,kN——信号长度。N1N1jgjtdj,kj,ktdj,k2tk（3-25）k0k0式中d——小波系数。j,k通过对大量的数据进行分析，A小区泵站出口处的流量混合信号经过小波变换分离出的尺度信号为用水量信号，而且不需要对幅值进行处理。3.4本章小结本章通过对68个测试小区的调研及统计数据的分析，选择25个小区分析其漏失率，最终选择供水压力较大，漏失率高出25个测试小区漏失平均水平的A小区作为本课题研究对象。并对A小区概况进行分析，选择小波变换算法作为A小区漏失量计算方法。论述了信号处理及小波变换的理论知识，本文选用信号处理方法——小波变换对A小区泵站出口处流量信号进行处理，分离A小区用水量及漏失量信号，阐述了小波变换用于A小区用水量与漏失量分离的理论依据，阐述了正交小波变换及多分辨分析的理论基础，并介绍了小波变换的Mallat快速求解算法，以及分离结果的评价指标，建立A小区用水量与漏失量分离模型。-32- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第4章A小区漏失量化及评价4.1漏失量化方案本课题通过两种方法计算A小区供水管网漏失水量。第一种方案：通过3.3.3节介绍的小波变换理论、Mallat算法以及建立的A小区漏失分离数学模型，本课题将此方法运用到A小区漏失量的测量中。首先需要选取进行小波变换算法的小波函数及分解层数，不同小波函数与分解层数，对漏失量分离结果有不同的影响。第二种方案：选用夜间最小流量法。测试时间选为夜间，关闭A小区进水管阀门，使其与外界管网隔开。此时A小区用户用水量很小，近似无用量，在此期间测得的最小流量即可视为漏失量。以夜间测得的最小流量为基础计算A小区全天漏失水量。4.1.1A小区漏失量测试准备工作本课题对A小区进行现场的检修和准备工作，完善测量设备，具体情况如下：1、为使A小区达到测试要求，本课题根据对A小区管网资料的调查，绘制A小区供水管网拓扑图，内容包括A小区的管网结构以及附属设备，如图4-1所示。图4-1A小区供水管网结构图-33- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2、对A小区的边界阀门、自计测压点、计量井室等进行调查、核实。3、对调查、核实存在问题的上述设备进行维护、检修、更换，以确保测试工作的顺利完成。4、在小区泵站出口安装超声波水表GPRS数据远传接收设备。5、对2013、2014年A小区管网漏失检修情况统计分析。6、检测测试所需的监测仪器，包括流量计、自计压力计。7、排查A小区是否有偷盗水现象。4.1.2小波变换计算A小区漏失量的应用1、选取小波函数及分解层数分离供水管网用水量与漏失量的一个关键问题就是小波函数的选取，选择小波函数一般从两方面考虑：一般原则与具体对象。一般原则有：正交性、紧支撑性、对称性、正则性。对称性的小波没有相位的偏离，正则性优越的小波函数，重构曲面较光滑，而紧支撑性与正则性两个条件不能同时满足。小波变换中的小波系数反映出小波函数与信号的接近程度，小波系数越大，表明信号的局部特征与小波函数形状约相似。由于A小区漏失水平在一定时期内趋于平稳，所以本文认为A小区用户用水量变化趋势与泵站出口处流量变化趋势基本一致。因此，小波函数的波形与供水管网泵站出口处流量信号波形越接近，则分离效果越好。小波函数分为正交小波函数与非正交小波函数。其中正交小波函数有：Haar，Daubechies，Coiflets，Symlets，Meyer等。非正交小波函数有：Morlet，Mexicanhat，DOG等。Haar小波常用于理论研究，Morlet处理高频信号效果很好，Mexicanhat小波的时域信号处理效果良好，但频域信号处理效果较差，Daubechies小波可通过叠加获得高阶的光滑的时频特性，尤其具有较好的时频分离特性，而且其非平稳信号灵敏性相对较高[42-44]。考虑到A小区供水管网泵站出口处流量信号特点，本文选取Daubechies，Coiflets，Symlets三种正交小波系列函数，共22个小波函数，对流量信号进行分解，分离A小区用户用水量及漏失量。由GPRS远传系统读取一段时间A小区泵站出口流量数据，间隔时间为1分钟，1438组小区泵站出口流量信号如图4-2所示，对信号进行预处理，删除其中的异常值，如图4-3所示。分别选用Daubechies，Coiflets，Symlets系列22个小波函数对A小区泵站出口流量进行用水量及漏失量分离及重构，其相关系数见表4-1所示。由表4-1可得，通过22个小波函数相关系数的分析对比，db5与db8小波函数相关系数最大，分别为0.9714和0.9783。-34- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图4-2A小区泵站出口流量信号图4-3A小区泵站出口流量预处理信号运用Matlab软件，分别选用db5、db8作为A小区泵站出口流量信号分解的小波函数，信号的分解层数为3层，分解出的尺度信号、细节信号如图4-4、图4-5所示。其中尺度信号为a1-a3，细节信号为d1-d3。由图4-4、4-5可以得出，db5、db8小波函数分解A小区泵站出口流量，分解出的第3层尺度信号a3趋势与原始流量信号基本一致。在Daubechies小波系列中，随着分解层数的增加，小波呈现出越来越光滑的趋势，但是选用紧支性更好的db8小波，与db5小波相比，没有很大区别，相关系数仅仅差0.0069。所以本文采用db5小波函数对A小区泵站出口流量进行分解，与db8小波相比，运行速度更快。-35- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表4-1不同小波函数的相关系数序号小波函数相关系数1db10.80212db20.89223db30.95864db40.96545db50.97146db60.96667db70.96618db80.97839db90.968910db100.969211sym20.896712sym30.959213sym40.967314sym50.970215sym60.961116sym70.964517sym80.967918coif10.906819coif20.962520coif30.966921coif40.972622coif50.9777关于分解层数的选取问题，没有统一的相关理论说明分解到那一层是最合适的。对于所选取的某一时间段内A小区泵站出口处流量信号，此信号为有限长度。由于小波分解中与上一级系数相比，每一级的分解都使得系数减半，同时，对流量信号进行逐级分解时，信号长度应适中，有利于正确分离出用水量与漏失量信号，而且分解层数越大，计算量越大，影响算法运行速度。综上所诉，本文选取分解层数为2层。-36- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图4-4A小区泵站出口流量db5小波分解图4-5A小区泵站出口流量db8小波分解2、Mallat算法分离A小区漏失量2016年6月15日-6月21日为期一周对A小区泵站出口流量数据的监测，由GPRS远传系统读取A小区泵站出口流量信号，间隔时间为15分钟，对679组小区泵站出口流量信号进行预处理，删除异常值，如图4-6所示。-37- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图4-6A小区泵站出口处流量信号波形图由测试数据可得，2016年6月15日-6月21日测试期间平均用水量为49m3/h。运行Matlab对信号做2层小波多尺度分解及重构，选用db5小波函数，波形图如图4-7所示。图4-7db5小波分解重构流量信号波形图通过对A小区2016年6月15日-6月21日连续7天数据监测，得出总供水量为9232m3，通过小波变换算法分离得出用水量为6555m3，供水量与用水量差值即为漏失量，则漏失量为9232m3-6555m3=2677m3，计算得漏损率为29.0%。-38- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4.1.3夜间最小流量法由图4-6可得出A小区一天中最小流量出现在凌晨2:00-4:00，本课题通过夜间最小流量法测得A小区漏失水量，并与测得结果与小波变换算法方案进行比较。由于A小区一天中最小流量出现在凌晨2:00-4:00，2016年6月22日-6月28日7天的测试时间为2:00-4:00，关闭A小区进水管阀门，将此期间的水量都认为是漏失量。本课题连续7天凌晨2点-4点，测定漏失水量。流量值记录间隔时间为每15分钟一次，作为A小区的总漏失量，测试期间的测定结果如图4-8所示，得出每天的漏失量平均值如图4-9所示。由图4-8、图4-9计算得知A小区漏失水量的平均值为16.92m3/h，则A小区测试期间的漏失水量为2843m3，漏失率为30.8%与漏失水量的测量同步进行压力测量。在A小区内选择有代表性的5个压力监测点，如图4-10所示。采用自动记录压力表测定的5个监测点的压力情况，如图4-11所示。根据压力测定值可以看出，监测点的压力值在35m-43m之间波动。根据第五水厂日运行数据，水厂在测试期间出口水量及压力均正常，所以外界条件不影响测试工作的正常进行。图4-8A小区漏失水量测定折线图-39- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图4-9A小区2016年6月22日-6月28日漏失量平均值图4-10压力监测点布置图-40- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图4-11A小区5个压力监测点监测值4.1.4两种方案数据分析根据第一种方案，由于A小区漏失量在一定时期内趋于平稳，所以可认为小区用户用水量与小区泵站出口处的流量趋势趋于一致，因此流量信号经小波变换得到的尺度信号即为用水量信号，总流量减去用水量的差值即为小区的漏失量。2016年6月15日-6月21日对A小区进行连续7天的数据测量，运用小波变换算法分离用水量与漏失量，小波变换算法与夜间最小流量法计算得出的用水量、漏失量、相对误差如图4-12、4-13、4-14所示：图4-12用水量折线图-41- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图4-13漏失量折线图图4-14漏失量相对误差折线图由图4-12、4-13、4-14分析得知，运用db5小波函数对A小区泵站出口流量信号进行分解并用Mallat快速算法进行小波重构得到A小区用户用水量与管网漏失量，在第3天和第5天与实际值误差较大，但小波分离的漏失量与夜间最小流量测得的漏失量相对误差区间为[0.48%,3.69%]，不超过4%，为更好的评价分离效果，计算A小区分离用水量与夜间最小流量测得用水量之间的相关系数为0.936，分离漏失量与夜间最小流量测得漏失量之间的相关系数为0.958，认为小波分离的漏失量与夜间最小流量测得漏失量基本一致。经小波变换得到的漏失率为29.0%，夜间最小流量法测得的实际漏失率为30.8%，相差1.8%。本文认为经过db5小波函数分解流量信号及运用Mallat快速算法重构信号分离用水量与漏失量效果较好。-42- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4.2A小区漏失评价本课题所选择的评价方法为：通过计算A小区不可避免物理漏失量及实际漏失水量，通过供水系统漏失程度指数ILI（InternationalLeakageIndex）评价A小区漏失程度，并通过计算实际漏失量与不可避免物理漏失量的差值，计算出A小区可降低漏失量的空间大小。4.2.1不可避免物理漏失量不可避免物理漏失是在漏失量与管网压力为线性关系的假设条件下，把管网长度、用户接口数和管网压力等因素综合考虑而建立的，其数学表达式见式（4-1）所示：Q(kLkN)PPerT（4-1）u1m2s式中Q——不可避免物理漏失量（m3）；uk——配水管线漏失系数；1k——用户连接管漏失系数；2P——小区管网平均压力（m）；T——管网使用率（%）；Ns——小区连接管数量（个）；Lm——小区管线长度（m）；Per——进行水量平衡分析的时间长度（d）。不可避免的物理漏失量是指，在符合经济效益的前提下，在现有的控漏技术下，所不能避免的最低漏失，即如果区域的漏失水量已经达到了不可避免的漏失水量，如果再继续采用其他方式与手段降低区域漏失，则会付出降低漏失的经济消耗大于控漏后的实际经济收益的代价。不可避免物理漏失参考数据如表4-2所示。表4-2不可避免物理漏失量参照表平均运行压力（m）干管接户管数（个/km）2040608010020346811214617040255075100125602244668811080214162821031002039597898-43- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4.2.2漏失程度指数Lamber考虑了管长、用户接口位置于密度以及管网运行压力等因素，提出了不可避免物理漏失这一概念，并在此基础上建议采用供水系统漏失程度指数ILI作为漏失程度指标。供水系统漏失程度指数ILI表征漏失控制水平，为实际漏失量与不可避免物理漏失量的比值，其数学表达式见式（4-2）所示：QtI（4-2）Qu式中I——漏失程度指数；Q3t——实际漏失量（m）；Q3u——不可避免物理漏失量（m）。供水系统漏失程度指数ILI是供水系统现有物理漏失量除以系统不可避免物理漏失量，供水系统漏失程度指数ILI为供水企业现有的漏失控制水平的表征。根据发展中国家供水系统漏失程度指数ILI评定标准，本课题定义如果ILI低于4，说明控制漏失的水平很好，除非在缺水的情形下，否则进一步通过技术手段降低漏失将是不经济的；如果ILI处于4-8之间，则认为供水管网漏失水平具有显著的改善潜力，应考虑压力管理，加强主动漏失控制；如果ILI处于8-16之间，说明其控制漏失水平不够好，有不良漏失记录，需要分析漏失水平和特性，强化降低漏失的工作，从经济层面考虑，控制漏失具有经济效益，需要采取积极的措施和技术手段使其控制漏失水平有进一步的提升；如果ILI大于16，则说明迫切需要对漏失进行控制。4.2.3A小区漏失程度分析A小区建于2005年，小区的配水管线长度为2666.8米，用户连接管数量为1262个，用户连接管密度为每米2个，小区的平均服务压力为41米，管网使用率100%，小区服务人口为3156人。A小区供水管网基础调研数据以及不可避免漏失水量的计算结果如表4-3所示。根据4.1节中第一种方案，2016年6月15日-6月21日连续7天对A小区泵站出口流量数据采集，得出A小区此期间总供水量为9232m3，运用小波变换算法分离与重构用水量与漏失量信号，得出A小区此期间的用水量为6555m3，漏失量为9232m3-6555m3=2677m3。A小区不可避免物理漏失为486m3，A小区供水管网实际漏失水量与不可避免物理漏失水量的比值为5.5，即漏失程度指数ILI为5.5，ILI在4-8之间，说明A小区供水管网漏失水平具有显著的改善潜力，应考虑压力-44- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文管理，加强主动漏失控制，使其控制漏失水平有进一步的提升，通过对漏失的控制，产生经济效益。表4-3A小区供水管网不可避免漏失水量计算表管网属性调研数据及计算结果小区配水管线长度（m）2666.8用户连接管个数（个）1262用户连接管密度（个/m）2管网平均压力（m）41管网使用率（%）100小区服务人口（人）3156时间周期（d）7不可避免物理漏失量（m3）486根据4.1节中第一种方案，2016年6月15日-6月21日连续7天对A小区泵站出口流量数据采集，得出A小区此期间总供水量为9232m3，运用小波变换算法分离与重构用水量与漏失量信号，得出A小区此期间的用水量为6555m3，漏失量为9232m3-6555m3=2677m3。A小区不可避免物理漏失为486m3，A小区供水管网实际漏失水量与不可避免物理漏失水量的比值为5.5，即漏失程度指数ILI为5.5，ILI在4-8之间，说明A小区供水管网漏失水平具有显著的改善潜力，应考虑压力管理，加强主动漏失控制，使其控制漏失水平有进一步的提升，通过对漏失的控制，产生经济效益。同时根据2016年6月15日-6月21日计算数据分析得出，A小区漏失水量可降低的数量为漏失水量与不可避免物理漏失水量的差值，即21912677m3-486m3=2191m3。可降低漏失量与总水量的比值为100%=23.7%，则9232A小区有23.7%的降低漏失量的空间，同样得出这部分的漏失水量控制将给沈阳水务集团带来很大的经济效益的结论，所以应采取漏失控制手段，降低A小区的漏失。4.2.4运行压力分析从压力方面分析，A小区整体运行压力偏高。由表4-3基础数据得知，平均运-45- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文行压力可达41m，符合《建筑给水排水设计规范》静水压应小于45m的规定，但A小区内均为多层建筑，最高层数6层。按照设计规范标准，6层建筑设计供水压力最低可为28m。同时《城市供水管网漏损控制及评定标准》CJJ92-2002中规定，管网压力经常高于服务压力的地区，应采用压力控制，使该地区管网最低压力降至等于服务压力。A小区平均压力41m，最高压力46m，存在10m-15m的降压空间，宜采用压力控制手段，安装压力控制设备对其进行压力控制。4.3本章小结本章采用两种方案进行A小区漏失水量的测量。第一种方案通过建立A小区的漏失量分离模型，对小波函数的分析，选取db5小波函数作为A小区泵站出口流量信号分离的小波函数。通过GPRS远传系统读取一段时间A小区泵站出口流量信号，根据小波分析得出分离出的用水量变化趋势与真实用水量趋势相同，且不存在幅值问题。第二种方案采用夜间最小流量法。第一种方案中，分别用选取Daubechies，Coiflets，Symlets三种正交小波系列函数，共22个小波函数分离流量信号，得出选用db5进行2层分解是最佳的组合方案，运用Mallat小波分离快速算法分离并且重构A小区泵站出口处7天的流量信号，得出A小区用水量及漏失量。通过两种方案的对比分析，得出小波变换方法分离漏失量与夜间最小流量法测量的漏失量的相对误差区间为[0.48%,3.69%]，不超过4%，并且相关系数为0.958，接近1，表明小波变换分离A小区用户用水量及漏失量效果较好。根据国际经验，本文选用国际水协指定的ILI指数评定A小区漏失水平。通过对A小区基础信息的调研，计算出A小区2016年6月15日-6月21日的不可避免物理漏失量，并通过小波变换算法计算实际漏失量，通过ILI指数分析A小区降低漏失的潜力。通过计算A小区2016年6月15日-6月21日不可避免物理漏失量为486m3，实际漏失水量为9232m3，ILI指数为5.5，按照ILI指数对照表，得出A小区的漏失水平具有改善潜力的结论，并且通过计算得出A小区有23.7%的降低漏失量的空间。同时，A小区存在10m-15m的降压空间，宜采用压力控制手段，安装压力控制设备对其进行压力控制。-46- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第5章A小区漏失控制研究5.1A小区漏失控制方法由4.2节对A小区漏失进行评价分析，本课题运用压力控制方法，安装减压阀并控制减压阀开启度，对A小区漏失进行控制。降低供水管网漏失量的众多方法中，通过降低超出的服务压力是目前减小漏失量的有效策略。本课题通过对A小区安装减压阀控制漏失可行性分析的基础上，在A小区选择安装点，安装减压阀，运用差分进化算法对减压阀开启度进行计算，并通过GPRS远传设备，远程控制减压阀开启度，对A小区漏失情况进行控制。5.2A小区降压控制漏失可行性分析5.2.1A小区降压控制漏失可行性概述通过安装减压阀控制漏失的方式对于A小区是否适合采用，需要进行可行性分析。通过对A小区漏失情况的分析，得知A小区漏失状况高出调研小区的平均水平，且管材不算陈旧，使用年限为10年左右，为进一步减小耗损，对A小区通过安装减压阀方式控制漏失。A小区管网封闭，二次加压泵站出口处安装流量计，在监测点安装压力传感器，由GPRS远传系统实时监测流量及压力数据。5.2.2测试方法本课题选取泵站出口阀门作为降压可行性试验的测试阀门，研究的测试方法为人工调节泵站出口处阀门，通过检测数据得出小区通过关阀控制压力而减少的漏失量。由2016年的监测数据得出A小区二次加压泵站出口最大流量为83m3/h，最小流量为32m3/h，监测点最大压力为46m，最小压力为38m，最不利点最高压力为33m，最低压力为29m。A小区基础信息及减压阀技术数据如表5-1所示，2016年1月至8月A小区产销差率如表5-2所示。-47- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表5-1A小区减压阀技术数据内容数值最高时流量（m3/h）83最低时流量（m3/h）32平均时流量（m3/h）53监测点处最高压力（m）46监测点处最低压力（m）38最不利点最高压力（m）33最不利点最低压力（m）29表5-2A小区1月至8月产销差率月份产销差率1月30.41%2月31.35%3月32.26%4月33.25%5月33.62%6月32.86%7月34.36%8月32.82%通过GPRS远传系统对A小区7月3日至7月20日泵站出口处流量计数据进行实时采集并统计，流量平均值如图5-1所示。由图5-1得出，A小区在凌晨2：00至4：00流量较低，因此选择此时间段测试小区供水管网的降压潜力，对居民的正常用水影响相对较小。-48- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图5-1A小区7月3日-7月20日泵站出口流量平均值曲线选择2016年8月25日GPRS远传系统读取的数据为测试数据，8月15日同时间段GPRS远传读取数据为对比数据进行比较分析。数据对比结果如表5-3所示。表5-38月15日与8月25日A小区泵站出口监测数据水表读数压力读数水表读数压力读数日期起始时间终止时间（m3）（m）（m3）（m）8月15日3:00449680341.54:00449683844.38月25日3:00450889630.64:00450891831.1由表5-3数据分析得知，8月15日夜间正常流量为35m3/h，平均压力为42.9m；8月25日对A小区泵站出口处的阀门进行关闭阀门操作，夜间流量为22m3/h，平均压力为30.9m。流量减小了13m3/h，占总流量的10.75%，若平均每小时流量均减少13m3/h，因夜间漏失量最低，则每天节约水量至少为312m3/d，漏失率与当前相比可降低6%-7%。通过以上测试分析得知，通过在A小区安装减压阀的方式可行，可有效控制漏失。5.3A小区减压阀的选择及使用供水管网压力控制的方式主要有：分区供水、修建减压池、安装加压泵站、调节泵站出口压力、安装减压阀。目前压力控制的方式中，减压阀是应用最广泛的一种方式，运用减压阀调节供水管网压力是一种适用的压力控制方式。在城市供水系统中，供水管网的压力源自水厂泵站，对于整个系统来说，对-49- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文阀门开启度调节控制压力是一种经济与能量的浪费。不过对于局部区域来讲，压力高出用水户的正常要求，应用减压阀调节供水压力，控制因压力过高造成的漏失问题，是一种应用广泛并且有效的方式。阀门的控制运行容易操作，在利用现有的供水管网资源，保证用户用水压力的情况下，有较好的控制漏失的效果，本文选用安装减压阀的方式，对A小区的漏失进行控制。减压阀有多种分类，常见的减压阀有活塞式减压阀、薄膜式减压阀、波纹管式减压阀。它们在结构上增加先导阀后就构成了先导式活塞减压阀、先导式薄膜减压阀、先导式波纹管减压阀。常用的型号为Y43H先导活塞式减压阀，由于其先导型结构，进口压力变化时出口压力偏差范围在5%以内，进口流量变化时出口压力偏差范围在10%以内。精度比直接作用式减压阀提高一倍。关于减压阀的选型，通常依据管网的平均流量及压力。由于减压阀的操作及运行受到漏失点的压降冲击影响，为了使减压阀更精准的工作，减压效果达到最优化，对A小区进行漏失控制时安装减压阀前，对小区管网的流量和压力进行测试。同时也为满足用水高峰时期用户的用水需求，又不引起过大的水头损失。关于减压阀的选择，应满足最高流量情况下的过流要求，不影响用户的用水，也要满足夜间低流量的平稳性。选取图4-10中节点为压力监测点，监测值如图5-2所示。图5-2压力监测点监测数据通过对A小区安装考核表及对考核表数据的测试与分析，得出小区内A区域漏失比较严重，本课题选择减压阀安装在A区域进水管处，位置如图5-3所示。根据A小区最大流量需求，本文选用DN200，PN100的RIKO活塞阀，A小区管线流量在减压阀可控流量范围内，且减压阀的压降没落入气蚀区，所以选择单个减压阀安装方式安装即可，不必并联或者串联安装减压阀。将距离小区泵站出口处最远的楼栋进水阀门作为最不利点，阀门室内安装压力传感器，A小区二-50- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文次加压泵站出口处和最不利点在室外墙壁安装控制柜，减压设备配有阀门控制器和数据记录仪，数据传输可通过GPRS进行无线远传，支持GPRS远程操作阀门。图5-3A小区减压阀安装位置图5.4A小区减压阀优化控制5.4.1建立阀门优化模型管网运行压力是影响管网漏失的重要原因，管网漏失量一般与管网压力呈指数关系，当管网局部压力高出服务压力很多时，可以通过在管网中安装减压阀，控制减压阀开启度，调整管网局部压力，达到减少漏失量的目的[45]。对A小区建立减压阀优化数学模型，通过优化算法计算阀门开启度的方式，进一步降低A小区的漏失，实现对A小区的漏失控制。1、目标函数压力控制优化问题的最终目标是求出减压阀的最优安装位置及压力控制值，使管网最不利点的流量始终满足最小需求流量，压力始终满足用户最小需求压力，在此前提下，使管网的漏失量达到最小，如式（5-1）所示：-51- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文N1.18MinFMiniHi（5-1）I1式中Hi——节点i的自由水头（m）；——节点i的漏失系数；iN——用水节点个数（个）。2、约束条件：（1）节点水量平衡方程如式（5-2）所示：Qijdili0（5-2）j式中Q——节点i和节点j之间管段流量（m3/h）；ijd——节点i的用户用水量（m3）；il——节点i的漏失量（m3）。i（2）能量守恒方程如式（5-3）所示：hHH（5-3）ijij式中H、H——节点i，j的水头（m）；ijh——节点i，j间的水头损失（m）。ij（3）压力约束压力约束是为保证区域各点压力满足供水管网供水所要求的最小压力值，以保证用户的安全用水，同时避免过高的富余压力，如式（5-4）所示：hhh，i1,2,,n（5-4）i,minii,max式中h——供水管网节点最小压力（m）；i,minh——供水管网节点最大压力（m）；i,maxh——供水管网节点压力（m）。i（4）减压阀开启度约束减压阀开启度约束如式（5-5）所示：VVV（5-5）m,minmm,max式中V——减压阀最小开启度；m,minV——减压阀最大开启度；m,maxV——减压阀开启度。m-52- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5.4.2选择减压阀优化控制模型算法减压阀优化控制模型的自变量是A小区供水管网漏失量达到最小时阀门的优化决策，即减压阀开启与否和开启度问题。阀门开启与否可以用离散变量0和1表示，1表示开启，0表示不开启。而阀门的开启度是一个连续变量，在[0,1]区间内，可见减压阀优化控制模型的优化问题是非线性的。减压阀优化模型可看作单目标优化问题，可通过差分进化算法[46-48]（DifferentialEvolution）求得最优解。1997年，RainerStorn与KennethPrice在遗传算法等进化算法的基础上，提出了差分进化算法（DE）。差分进化算法（DE）是一种随机的并行直接搜索算法，与遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、蚁群算法（ACO）等类似，都是基于群体随机智能优化算法。运用减压阀控制管网漏失，且取得良好的企业效益，需要确定使用减压阀的最优数量，减压阀的最优安装位置以及每个减压阀的最优开启度。根据前文分析，为节省经济费用，本课题选取图5-3中A处安装减压阀，即可达到理想的控制漏失效果，则减压阀的最优数量确定为1，最优安装位置确定为图5-3中A处，则减压阀优化控制模型的决策变量为单一决策变量，即减压阀开启度。5.4.3求解减压阀优化控制模型差分进化算法与其他遗传算法相同，以种群和随机搜索为基础。种群初始化在解空间中随机、均匀的产生M个个体，每个个体由n个染色体组成，作为第0代种群，标记为如式（5-6）所示：X(0)(x(0),x(0),,x(0))，i1,2,,m（5-6）ii,1i,2i,n变异、交叉、选择三步操作迭代执行，直到算法收敛。第g次迭代的第i个个体标记为如式（5-7）所示：X(g)(x(g),x(g),,x(g))（5-7）ii,1i,2i,n差分进化算法（DE）基本流程为：1）选择种群数量。2）随机初始化种群，进化代数k=1。任意生成h个染色体，使其在n维空间达到约束要求，第i个染色体的第j个维取值方式如式（5-8）所示，rand（0,1）产生0到1的均匀分布的随机数。其中i1,2,,h，j1,2,,nx(0)Lrand(0,1)(UL)（5-8）i,jjjj3）评估初始种群，即计算所有个体的目标函数值。-53- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4）判断是否满足终止条件或进化代数是否达到最大，若是则终止，输出最优解，否则继续。5）变异、交叉、选择。减压阀开启度的调节会对减压阀下游的管网节点的水压有影响，从而影响节点的漏失量。（1）变异算子差分进化算法的变异策略有很多种，应用最广泛的是“DE/rand/1”方法，如式（5-9）所示：ttttViXriF(XriXri)（5-9）123ttttt式中V——突变向量，Vv,v,,v；iii1i2iDiiir，r，r——随机分布在区间[1,NP]中的整数，且互不相同；123F——收缩算子。（2）交叉算子交叉操作可以增加种群多样性，通过交叉操作，应先随机选择，目的为保证目标向量X进化，使至少一个试验向量U由目标个体X产生，否则种群不i,Gi,G1i,G会被更新。对于其他位的试验向量交叉操作如式（5-10）所示：vrand(j)CRorjrnb(i)j,i,G1u（5-10）j,i,G1xrand(j)CRorjrnb(i)j,i,G式中rand(j)——均匀分布随机数，rand(j)[0,1]；rnb(i)——随机整数，有一维向量由变异向量生成，rnb(i)[1,2,,n]；CR——交叉概率，为设定的常数，CR[0,1]。（3）选择算子差分进化算法通过变异和交叉生成子群体后，采用贪婪策略，将生成的子代个体与父代个体一一对比，选择优秀个体进入下一代群体中。选择操作决定中间向量和目标向量谁传给下一代，贪婪选择产生的当前个体与中间个体进行贪婪选择，比较两者所计算得到的对应目标函数值，如果中间向量对应的函数值小，则选择中间向量，反之选择目标向量。如式（5-11）所示：gggu,iff(u)f(x)g1iiix（5-11）igxi,otherwizeg式中u——中间向量；igx——目标向量。i6）迭代次数k=k+1，转步骤4）-54- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文减压阀优化控制模型以减压阀的优化决策为最优解，而此最优解包括阀门是否开启以及开启度的大小。根据模型最优解的特点，本文采用混合编码，其中采用二进制表示阀门是否开启，即0表示阀门不开启，1表示阀门开启。而阀门开启度采用实数编码，范围在[0,1]之间。在A小区减压阀优化控制的差分进化算法，在图5-3中A处安装减压阀进行漏失控制，种群数量设置为200，采用随机生成机制初始化种群，选择算子采用适应度比例法，交叉算子采用单点交叉，交叉概率为0.8，采用“DE/rand/1”变异算子，变异概率取0.003，最大遗传代数取200。本文运用MATLAB对减压阀优化控制模型进行求解，其操作界面见图5-4所示。图5-4MATLAB算法工具箱界面5.4.4A小区阀门优化控制数据分析对A小区减压阀优化控制模型运用差分进化算法进行求解，A小区与外界相接的管段有1条，通过本文前述参数设置及算法求解A小区进行减压阀最优控制模型，计算结果为：当减压阀开启度为0.758时，为阀门最佳开启方案。优化控制前后压力监测点的压力值变化如图5-5所示。由安装在A小区最不利点压力传感器传输数据，得到减压阀优化控制后最不利点全天压力变化如图5-6所示。始终保持最不利点最小允许压力为28m，通过GPRS远传系统采集模型未优化前A小区减压阀处压力及优化后减压阀出口压力曲线如图5-7所示。-55- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文通过GPRS远传数据采集模型未优化前A小区二次加压泵站出口流量及优化后出口流量曲线如图5-8所示。为保持A区域减压阀优化控制后，最小供水压力不低于28m，在A区域设置控制点1及控制点2，监测A区域供水压力，如图5-9所示。减压阀优化前后控制点1及控制点2压力变化值，如图5-10、5-11所示。图5-5阀门控制前后压力监测点变化图图5-6A小区最不利点压力变化-56- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图5-7未优化前减压阀出口压力及优化后出口压力曲线图图5-8未优化前泵站出口流量及优化后出口流量曲-57- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图5-9A区域控制点设置图经过以上分析，由减压阀优化控制前后小区二次加压泵站出口处流量数据，运用小波分析算法分离用水量与漏失量，得出优化控制前小区漏失率为29%，优化控制后小区漏失率为22%，漏失率由优化前的29%下降至22%，可见安装减压阀对A小区漏失控制起到显著的效果。图5-10优化前后A区域控制点1压力变化-58- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图5-11优化前后A区域控制点2压力变化5.5本章小结本章通过安装减压阀的策略对A小区进行压力控制，达到降低漏失的目的。对A小区进行压力控制漏失潜力测试，结果表明可以通过安装减压阀的方式实施压力管理，达到降低漏失的目的。本课题采用在小区选择A处安装减压阀的方式控制漏失。对减压阀选型，进行减压阀的安装工作。最不利点阀门室内安装压力传感器，A小区二次加压泵站出口处和最不利点在室外墙壁安装控制柜，数据传输可GPRS无线远传。研究差分进化算法理论知识，建立A小区减压阀优化控制模型，并运用差分进化算法对模型求解，得出减压阀A开启度为0.758时为最优阀门开启方案。分析实施最优阀门开启方案前后，A小区二次加压泵站出口流量、减压阀出口压力、最不利点压力变化，并通过小波算法计算漏失量，分析结果表明，在始终保证A小区供水压力不低于28m前提下，A小区漏失率由优化前的29%下降至22%，漏失控制效果显著。-59- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文结论供水管网漏失量化研究及控制问题是目前国内外普遍关注的问题。本文以沈阳市供水管网为研究对象，分析沈阳市供水管网漏失原因、沈阳市供水产销差及其构成因素，选择A小区作为本课题研究对象。提出运用信号处理的思路建立漏失模型，计算A小区漏失量，进而对A小区漏失做出评价，并且通过安装减压阀的方式对A小区进行压力控制漏失，并进一步建立阀门优化模型，通过差分进化算法确定阀门最优开启度，实现对A小区漏失控制。通过本文的研究，得出以下结论：（1）通过分析沈阳市供水管网漏失原因、沈阳市供水产销差及其构成因素，得出沈阳市供水产销差为42.85%的结论，远远高出标准水平。通过对68个测试小区资料的调研，选出其中25个小区计算产销差率，最终选择供水压力较大、产销差率高出25个测试小区平均水平的A小区作为本课题研究对象。（2）结合A小区供水管网基础信息，通过小波变换建立A小区供水管网漏失模型，分离A小区用水量与漏失量，并运用Mallat快速算法求解漏失量。以A小区泵站出口流量为输入信号，通过小波变换，运用db5小波对信号进行2层分解，分离用水量及漏失量信号，再通过小波重构求解漏失量。通过夜间最小流量法测得A小区漏失量数据进行对比，运用相关系数作为指标对分离结果进行评价。结果表明，相关系数接近于1，漏失分离效果较好。（3）对A小区供水管网进行漏失水平评价。通过小波变换算法计算A小区漏失量，通过调研基础信息计算A小区不可避免物理漏失量，计算得出A小区ILI指数为5.5，说明A小区的漏失水平具有改善的潜力，并且通过计算得出A小区有23.7%的降低漏失量的空间。同时，A小区存在10m-15m的降压空间，宜采用压力控制手段，安装压力控制设备对其进行压力控制。（4）对A小区进行减压潜力测试，并通过安装考核表测试与分析，得出可通过在小区选择A处安装减压阀的方式，达到控制小区漏失的目的。建立A小区减压阀优化控制模型，以最小化漏失量为目标函数，以阀门最优开启度为决策变量，运用差分进化算法求解模型。在压力始终满足用户最小需求压力前提下，通过计算得出阀门A开启度为0.758时为最优方案。运用此方案对A小区漏失控制，并对漏失控制前后小区泵站出口流量、减压阀出口压力、漏失率进行分析对比，得出A小区漏失率由29%下降至22%，漏失控制效果明显。-60- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文参考文献[1]周轶.中国水资源安全问题研究[J].生态环境与农业，2015，12(1)：66-71.[2]刘陟升.沈阳市供水管网漏损影响因素灰色评价分析与对策[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014：60-64.[3]王栋.供水企业产销差组成与变化率模型分析[D].湖南：湖南大学，2015：20-24.[4]房红，陈汝硕，刘冰.远传监控系统在DMA漏损控制工作中的应用[J].供水技术，2014，20（12）：22-25.[5]刘超.独立供水分区优化降漏控制系统的研究[D].大连：大连理工大学，2016：32-35.[6]马悦.哈尔滨市供水系统产销差分析与管网物理漏失研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013：24-27.[7]OrazioGiustolisiDSZK.Pressure-driveDemandandLeakageSimulationforWaterDistributionNetworks[J].ASCE,2008,5(134):626-635.[8]W.K.AngPWJ.SolutionforWaterDistributionSystemsUnderPressure-DeficientConditions[J].AWWA,2006,132(3):175-182.[9]GermanopoulosaG.ATechnicalNoteontheInclusionofPressureDependentDemandandLeakageTermsinWaterSupplyNetworkModels[J].CivilEngineeringSystems,1985,2(3):171-179.[10]GoodwinSJ.TheResultsoftheExperimentalProgrammeonLeakageandLeakageControl[J].WaterResearchCentre,UK,1980(52):154.[11]MarungaA.,HokoZ.,KasskeE.Pressuremanagementasaleakageredutionandwaterdemandmanagementtool:thecaseofcitymutarezimbabwe[J].Physicsandchemistryoftheearth,2006(31):763-770.[12]HowardH.,WangM.SeismicPerformanceAssessmentofWaterDeliverySystems[J].JournalofInfrastructureSystems,1998(23):118-125.[13]TucciarelliT,CriminisiA,TerminiD.Leakanalysisinpipelinesystemsbymeansofoptimalvalveregulation[J].JournalofHydraulicEngineering,1999,125(3):277-285.[14]RossmanLA.EPANET2:usersmanual[J].CivilEngineeringSystems,-61- 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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2016：45-51.[47]马悦，袁一星.哈尔滨某小区基于压力控制的降漏研究[J].供水技术，2015（6）：12-15.[48]舒诗湖，周建华，袁一星.复杂给水管网系统建模与阀门优化控制[J].控制科学与工程，2007（16）：46-49.-64- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的学位论文《沈阳市A小区供水管网漏失评价及控制研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨工业大学攻读学位期间独立进行研究工作所取得的成果，且学位论文中除已标注引用文献的部分外不包含他人完成或已发表的研究成果。对本学位论文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。作者签字：日期：2017年9月2日学位论文使用权限学位论文是研究生在哈尔滨工业大学攻读学位期间完成的成果，知识产权归属哈尔滨工业大学。学位论文的使用权限如下：（1）学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文，并向国家图书馆报送学位论文；（2）学校可以将学位论文部分或全部内容编入有关数据库进行检索和提供相应阅览服务；（3）研究生毕业后发表与此学位论文研究成果相关的学术论文和其他成果时，应征得导师同意，且第一署名单位为哈尔滨工业大学。保密论文在保密期内遵守有关保密规定，解密后适用于此使用权限规定。本人知悉学位论文的使用权限，并将遵守有关规定。作者签名：日期：2017年9月2日导师签名：日期：2017年9月2日-65- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文附录1测试小区统计数据泵站出口小区名建成时间栋数供水人口售水量总差额水总产销差率序号总水量称(年)(栋)(104人)（104m3)量(m3)(%)(104m3)1泽工1999120.3833.5322.7110.8232.27%2亚明2003391.4196.19136.0860.1130.64%3令闻2006240.9360.4847.9612.5220.70%4茂泉2001261.0467.8649.8518.0126.54%5阳光2000100.4775.5850.1925.3933.59%6A小区2005310.3264.642.921.736.60%7画苑2002240.6889.9660.6929.2732.54%8群芳2002220.6729.2519.699.5632.68%9奥园2001521.51165.83144.5921.2412.81%10翠西2004351.0478.2658.7419.5224.94%11文富2003160.4394.4662.5131.9533.82%12滑翔2000110.3440.7231.449.2822.79%13鲲鹏2001401.0383.1769.3713.816.59%14圣天2000501110.4672.6537.8134.23%15永泰2005381.23129.698.5131.0923.99%16珠紫2002230.4975.2758.7316.5421.97%17勒石2002130.36103.0278.6324.3923.68%18斗姆2003170.56107.5184.2223.2921.66%19香柏2006120.3253.1948.764.438.33%20画苑2001231.36169.48147.6521.8312.88%21丁香2000300.98147.4118.4628.9419.63%22国奥2003300.8690.0665.7124.3527.04%23永善2006381.14128.7897.5431.2424.26%24同泽2001200.7984.4370.5413.8916.45%25翠生2000220.4544.6739.854.8210.79%-66- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文附录2A小区管段基本数据信息管段编号起始节点终止节点管长（m）管径（mm）C值11272530013022728303001303272645300130427306030013052829402001306283065200130729325420013082931381001309303239100130103133381001301132363615013012333545150130133336381501301434374715013015343840150130163538471501301736392915013018363944150130193639262001302037407520013021384024150130223936471001302339353010013024403944100130-67- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（续表）管段编号起始节点终止节点管长（m）管径（mm）C值2541383010013026423848100130274294510013028910541001302981154100130301011441001303137113820013032161851200130332625432001303426244820013035252455200130362418502001303724164120013038241556200130392317471501304022175015013041201941200130422117872001304337194015013044191437150130451714541501304618134515013047181146150130481512421501304914103115013050131132150130-68- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（续表）管段编号起始节点终止节点管长（m）管径（mm）C值5112922150130527937100130537825100130546746100130554553100130563533100130573228100130-69- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文致谢本文在导师袁一星教授的悉心指导下完成，从论文选题到构思再到修改，袁老师都倾注了大量精力。袁老师深厚的理论知识，丰富的实践经验，令我非常钦佩。袁老师求真务实，积极进取的人生态度也深深影响着我，在此表示深深的感谢！在此要特别感谢高金良老师对我的论文的指导。在论文框架及整体构思上，高老师对我的帮助令我受益匪浅，打开了我思考问题的思路。在论文初稿的撰写及后期修改上，我遇到了很多问题与困难，也非常感谢高老师对我无私的帮助。论文的撰写中遇到很多困难，但是高老师对我的鼓励及帮助令我感触很深，高老师认真严谨的科学态度，对学术前沿敏锐的洞察力，谦和儒雅的学者风范，均给予我在人生道路以及人生态度上潜移默化的影响。此外，特别感谢在学习期间对我提供帮助的哈工大其他老师们以及同学们。还要感谢在我论文撰写期间为我提供帮助与支持的沈阳水务集团领导及同事。最后，感谢对本论文评审的各位老师及专家们，谢谢！-70- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文个人简历2004年9月-2008年7月东北大学信息与计算科学专业2008年7月-2010年2月辽宁天久信息科技产业有限公司算法设计师2010年4月-至今沈阳水务集团有限公司-71-'