用多元回归分析法确定供水管网摩阻系数C值的鉴别方法.pdf 2页

'第1期(总第177期)2015年2月中圄彳政工耜CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．1(SeriaINo．177)Feb．2015DOl：10．3969／j．issn．1004—4655．2015．01．010用多元回归分析法确定供水管网摩阻系数C值的鉴别方法施萍(上海市城市建设设计研究总院，上海200125)摘要：结合日本K市自来水设施整体规划的修编，为了解供水管网的现状和存在的问题，收集历年已经敷设供水管道的水力特性，特别是与供水压力直接相关的管道摩阻系数c值。根据供水管网节点的水压测定值，研究开发用多元回归分析法确定现有管道的摩阻系数C值的鉴别方法，不仅对现有管网的水力分析，而且对管道内水流流动状态的监控以及模拟供水管理也具有很好的实用价值。关键词：多元回归分析法；管网摩阻系数；验证中图分类号：TU991．36文献标志码：A文章编号：1004—4655(2015)01—0032—02供水管网水力计算模型分析一般在供水管道的规划和设计中使用，近年来在管道内水流流动状态的监控以及模拟供水管理中已被使用。但在实际应用中对设置更接近于实际情况的供水管网摩阻系数C值(以下简称c值)等参数已提出更高要求。本文基于供水管网的水压测定值，介绍用多元回归分析法鉴别供水管网摩阻系数C值方法的同时，例举在实际供水管网中应用的结果。1管网摩阻系数c值的识别方法在供水管网的水压测量值的基础上，按不同材质的管道随机赋予C值，进行管网反复计算。根据计算结果，按每个水压测定点的水头与管网C值之间建立多元回归公式，求得满足这些关系式与水压实测值最接近的管道摩阻系数C值。1．1建立水压测定地点与不同管材C值之间的关系式当管网节点放水水位和供水池水位都已知，各节点的水头由管网摩阻系数c值决定。根据Hazen—Williams公式，简单串联管道的情况下，是各种不同管材摩阻系数C值的一1．85次方的线性结合形式。收稿日期：2014—10一27作者简介：施萍(1961一)，男，工程师，工学硕士，主要从事城市给水排水设施和碳减排规划、设计工作。32网状管网中同样也可以考虑获得近似形式，水头与管道摩阻系数C值之间的关系可见式(1)。融口o+以1x1+口∥2+⋯⋯+口"一lxn—l+口，≯。(1)西=(C!『／100)。1‘85式中：Ⅳ为节点(水压测定点)的水头；口i为系数；c，为管材．，的摩阻系数c值式(1)中的系数口，可以随机赋予不同管材摩阻C值，经反复进行管网计算的基础上，通过每个水压测定地点的多元回归分析法求得。1．2用式(1)鉴别管道摩阻系数c值水压测定值与最吻合的管网摩阻系数C值可以通过使∑(水压实测值风一切2趋于最小而求得。这是因为只要进行没有外在基准(凰一以。)、说明变量(口，，口：，⋯，以，，⋯，％)等常数项的多元回归分析法分析即可。通过此多元回归公式的偏回归系数6，，可以求出不同管材．，的管道摩阻系数C，值[见式(2)]。q=包。1‘85×100(2)．2模拟管网模型的验证假定由4种不同管材的管道构成、具有8个水压测定点的模拟管网(见图1)，对管道C值的鉴别方法进行论证。另外，水压实测值是根据各种管材摩阻系数c值的设定值c，=120，C，=110，G=100，C4=130计算得出的理论值。 中围彳废z存施萍：用多元回归分析法确定供水管网摩阻系数c值的鉴别方法2015年第l期AC。亏}一乡600。≯咖600(：b乒oo咖6()o／＼一／、管材4管材1；i哆11UD，!；／P击300／一管材3⋯U管材2／h，卜BE表1模拟管网的节点水头和C值的关系偏回归系数水压实测节点R2％口ld2毛口d值，mA54．995—2．129-0．014—0．02—2．2320．998752．063B54．958_4．1330．035一O．046—0．199O．998551．839C54．991—2．470—0．018一O．024—2．53lO．998151．189D54．892-4．476O．0640．106—0．7660．987351．290E54．938—5f374O．084—0．087一O．293O．998O50．863F54．987—2，596一O．028—1．259—3．0840．997749．939G54．910o．418一O．050-4．815—2．4280．990348．891H54．935—5．322—1．058一O．174一O．332O．997549．815注：样本数=30，自由度=25其次，从表1的偏回归系数与水压实测值之间的关系，可以导出多元回归公式(3)y兰61日l+62口2+⋯⋯+6。一1以。一1+6。口。(3)y-风一以。式中：】，为回归项；6，为系数；口，为说明变量[式(1)的系数]；风为水压实测值。从这个偏回归系数可以鉴别管道摩阻系数c值，其结果见表2。由于这个多元回归公式的相关度极高，可以推断管道c值的精度也会很高。表2多元回归式和C值的推断值项目管道1234式(2)的偏回归变量b0．7267O．81871．0294O．6053c值的推断值c118．84111．4298_45131．17c值的推断误差，％一0．971．29—1．55O．80注：样本数=8，自由度=4，R2=O．99953管网实例应用关于日本K市的供水管网(节点数935，管路数1044)，考虑不同管材的敷设年度(见表3)，区分为4种管材，因管材4的总长度较短，将C值固定为110，推测其他3种不同管材的管网摩阻系数C值。表3K市管材的设定管材内容长度／m1cIP(铸铁管)，DIP(球墨铸铁管)(1974年以前敷设)101．52DIP(球墨铸铁管)(1975年以后敷设)123．83PVc(硬质聚氯乙烯管)58．84ACP(石棉管)4_2管网计算中的供水量和供水池水位在水压实测时根据实际情况设定，不同管材的摩阻系数c值按区间60～180随机赋予，经过60种不同情况进行计算，其计算结果结合80个水压测定点的实测水压，建立多元回归公式(1)(见表4)。表4管网的节点水头和c值关系偏回归系数水压实节点R2口0口1口2毛测值，m151．700-o．094—3．813一O．1121．000043．8251．701—0．095—3．813—0．0861．000045．4351．701O．ooO一2．516一O．0011．O00047．7451．63lO．049-4．831-o．4】66O．994047．3551．629O．051—7．769一O．4940．997646．67650．5461．220一15．185—1．223O．996236．O7750．599—0．54l一13．622一1．1100．997236．57848．494一O．337一11．193一O．8340．998337．17950．406—0-308一13．350一0．8530．998136．08050．190—O-315—13．023一O．839O．998137．1注：样本数=80，自由度=56从这些偏回归系数和水压实测结果建立多元回归公式(2)，管道C值的估算值见表5。表5多元回归式(3)和C值的推断值项目管材123式(2)的偏回归变量61．5741．1050．446c值的推断值c78．2694．73154．7注：样本数=80，自由度=77，R2=0．6295表5的结果显示，有关PvC管(管材3)的c值，获得良好的吻合结果。但关于CIP管、DIP管的C值，经验上得到比实测数据要小很多。这是由于水压实测时的供水量分布和节点放水量的设定值之间的误差、水压的实测误差、管道的省略等引起的实际管网与管网模型之间的差异等种种因素影响所致，有必要增加在实际工程中的应用和研讨。4结语关于此方法，在简单的模拟管网中有效性已得到验证，今后应考虑适用于包括多点注入式管网、减压阀和增压泵等在内的管网等方法，水压测定的精度对C值的影响，以及对鉴别所需必要的水压测定地点数等的研讨。33'