[精品]基于漏失量变化的供水管网压力变化特性研究.doc 5页

'基于漏失量变化的供水管网压力变化特性研究基于漏失量变化的供水管网压力变化特性研究摘耍：通过测量供水管道内的水压及其变化量，建立供水管网系统的基本状态方程式，推导岀管网运行中出现流量扰动引起水压状态变化的基本关系式，用来分析管网内水压变化与漏水点的位置、漏水量之间的关系，利用在线监测方法测出AP,通过构建基于智能寻优的供水管网漏失定位反问题计算方法，寻求管网漏失点。进而可为实时监测供水管网中的水量或水压变化，建立数学模型，有效地诊断管网故障位置提供技术支持。关键词：供水管网、漏失量、压力变化特性、仿真模拟中图分类号：TU82文献标识码：A中图分类号：TU991PressurevariationcharacteristicresearchforwatersupplynetworkbasedonleakagevariationanalysisAbstract:Tnordertoanalysistherelationshipbetweenpressurevariationandthe1eakage,thefundamentalstateequationofwatersupplysystemisbuiltonthebasisofmeasuringpressuresandtheirvariationinwatersupplypipes・Atthesametime,thebasicrelationsofflowratesdisturbaneeandpressurestatusvariationarederived.Measuringthe△卩withonlinemonitoringtechnologyandbuildingtheinverseproblemfor1eakagelocationbasedonintel1igentoptimizationtofindthe1eakagepointsinwatersupplynetwork・Throughreal-timemonitoringofdemandandpressurevariations,the1eakagemodelisabletobebuilt,whichwi11supplytechnicalsupporttodiagnosethefailurepointsinwatersupplynetworkeffect!vely.Keywords:Watersupplynetwork,1eakage,pressurevariationcharacteristic,simulation城市供水管网漏失是国内外供水行业普遍存在的问题，漏失不仅浪费了宝贵的水资源，又给供水企业造成巨大的经济损失，同时对道路的安全 也造成了一定影响。因此，减少及控制供水管网漏失具有重耍的意义。而管网漏失点定位，是管网漏失控制研究的重要环节。1992年，Liggett教授和他的研究小组提出了基于压力和流量的逆分析法［1］,逆分析法是一种动态的泄漏检测方法，能适用于稳态和瞬态的条件。江朝元等［2］采用负压波传播到上下游的时间差和管内压力波的传播速度并结合流量检测法进行漏点定位。伍悦滨和刘天顺［3］采用瞬变反问题分析数值模拟来确定给水管网漏失点和漏失量。王俊岭［4］提出考虑到测压点位置压力的代表性，釆用图论理论对给水管网测压点进行优化布置的方法。马涛［5］通过微观模型的水力计算，分析管网压力波动敏感区、以及管网低压和管网不利点的压力变化情况，发现管网压力变化显著点及区域压力代表性点，进而确定压力监测点。本文旨在通过对实验室管网平台及其EPA水力模型的管网漏失量变化的供水管网压力变化特性的分析，为进一步基于智能寻优的反问题漏失定位的研究铺垫。1水力建模1.1管网仿真模拟实验平台图1管网系统及在线数据采集系统平台屮设有2个供水水箱，2台加压水泵，4个进水点及数十个控制阀门，可根据实验需要更改管网拓扑结构。平台中安装有17个在线压力传感器、5个在线流量传感器、2个余氯在线监测仪、2个浊度在线监测仪，可方便的进行该平台运行工况的监测与控制；通过对水泵的变频调速控制，可对组合管网进行多水源多工况模拟实验。1.2基于管网仿真模拟实验平台的水力模型在管网仿真模拟实验平台中，通过关闭部分管段上的阀门，将管网组合为如图2所示的拓扑结构，形成由12个主供水环组成的仿真管网，并采用EPA建立该管网的水力仿真模型。图2EPA水力模型上述水力模型规模见表1：表1管网模型组成1.3多工况模型校核在对主要供水管道阻力系数及水泵特性曲线等进行测试的基础上，釆用遗传算法对管网参数进行了校核，在不同水量负荷工况下对所构建模型的精度进行了验证，分别见表2、3O表2总流量26.33m³时模型误差表3总流量10.92m³时模型误差由表2、表3结 果分析得出，该水力模型两种工况模拟平均误差率分别为2.5%和1.5%,100%监测点的误差在0.25m以下，模拟误差远远低于美国ECAC标准[6],模型精度高，满足模拟实验需求。2管网漏失模拟与分析2.1单点漏失假设在该管网中US16节点发生漏失，通过水力模拟分析计算，漏失量与管网节点压力的变化关系曲线见图3o图3漏失量与压力关系曲线由曲线可知，漏失点压力降比其余点的压力降幅度大，但是随着离漏失点距离的增加，各点的压力曲线关系趋于相近，这是由于靠近漏失点的管段因为漏失点的漏失，管段流量增大，造成漏失点的压力降的幅度比周边点压力降的幅度偏大，而随着离漏失点的距离越来越远，相应过流的管段增加，每根管段所分配的漏失流量相应减少，管段的流量、流速变化减小，所以离漏失点越远的压力降也趋于平缓。对漏失量与压力关系曲线进行拟合，相关性R2为1,可见节点压力与漏失量呈现出较为明显的二次多项式关系。单点模拟渗漏发生时压力受影响最显著的区域是“距离”其最近的区域，此处“距离”并不是指直线距离，而是由流线距离决定的。与该流线相连或并行的其他节点的压力变化则更大程度上受到管网拓扑结构的影响而被减弱。图4漏失增加量与压力降关系曲线图4中US16为漏失点，JD18为漏失点附近节点。图4表示漏失点的漏失增加量对漏失点US16及节点JD18压力降的影响，由曲线可知：漏失增加量与节点的压力降存在明显的二次曲线关系，且漏失点的曲线较其附近节点的曲线陡,压力降降幅较其附近节点大。2.2两点漏失图5漏失量与压力关系曲线漏失点1-US12在节点JD37下游13.59m处，漏失点2-US16在节点JD37下游18.34m处，由图5可以看出，距离漏失点越远，管网节点的压力降趋势越趋于平缓，与单点漏失时结论相同。单点漏失丁况下，当漏失量足够大时，管网会形成以漏失点为中心的漏斗状的压力降区域，同时，管网压力会整体相应下降；两点漏失工况下，当漏失点距离足够远且两点漏失流量足够大，管网会形成分别以两漏失点为屮心的漏斗状的压力降区域,随着两漏失点间距的减小，两个漏斗状压力降区域会趋于相交叠加玄至同心圆重合，大中城市供水管网规模比较大，若两漏失点出现在同 一个环的管段上或者在同一个环的同一根管段上，在进行反问题漏失定位计算时，可以将两漏失点流量加于一点上进行计算，寻找漏失的可能区域，进而锁定漏失的管段。以此类推，可以分析多点漏失产生的压力变化的情况。在进彳亍实测与模型水力模拟时发现：漏失量增加导致管网压力不同程度降低的同时，当漏失点漏失量足够大时，管网的部分管段的水流会发生转向，因此，管段水流的转向可以作为漏失的一个现象。在供水管网实际运营的过程中,通过对水流转向管段附近的大用户的用水量进行分析，并结合管段水流方向关系，可以大致确定出是否产生漏失和漏失的大致区域。3结语(1)通过调整供水管网仿真模拟实验平台的控制阀门，组合成实验所需的管网拓扑结构，并建立了相应的微观水力模型；采用遗传算法在多工况条件下对所构建的仿真模型进行优化校正，校正后模型精度高，可满足实验需求;(2)单点漏失工况下，漏失点压力降比其周边点的压力降幅度大，随着离漏失点距离的增加，节点的压力曲线关系趋于相近，在同一流线或并行的其他节点的压力变化则更大程度上受到管网拓扑结构的影响而被减弱，节点压力与漏失量呈现出较为明显的二次多项式关系。(3)两点漏失工况下，漏失点及周边节点压力变化呈现出与单点漏失工况下相同的变化规律，漏失点漏失量足够大时，部分管段的水流会发生转向，管段水流的转向可以作为漏失的一个判断条件；(4)通过基于漏失量变化的供水管网压力变化特性仿真实验，掌握了在供水管网在单点漏失及多点漏失工况下的节点压力变化规律，为基于压力变化规律分析的供水管网漏失点定位技术的实现提供了重要的理论依据。参考文M(References):[1]PudarRS,LiggettJA.Leaksinpipenetworks[J].JournalofHydraulicEngineering,ASCE,1992,118(7)：1031-1046.[2]曹晓莉，江朝元，甘思源.基于GSM/GPRS的供水管网泄漏监测与定位系统[J]・仪器仪表学报,2004,25(4zl)：173-175.[3]伍悦滨，刘天顺.基于瞬变反问题分析的给水管网漏失数值模拟[J]•哈尔滨工业大学学报,2005,37(11):1483-1485・[4]王俊岭，孙怀军.给水管网测压点的一种优化 布置方法[J]•北京建筑工程学院学报，2005,21(4):51-54・[5]马涛.供水管网在线测压点布置的探讨[J]・黑龙江水利科技，2006,(1):77—79.[6]ECAC・CalibrationGuidelinesforWaterDistributionSystemModelling・inProc・1999AWWAInformationManagementandTechnologyConference(IMTech)・NewOrleans,Louisiana,USA,1999.'