基于水力模型的供水管网爆管辅助定位方法的研究

摘要

爆管是给水管网中时常发生的一种危害大、突发性强的供水安全事故。我国各大城市爆管事故的发现仍停留在人工报警等方式，由于管道埋在路面之下，某些特殊地点的爆管很难被发现，尤其是有排水沟渠的地方，这不仅会造成水资源的浪费，而且会影响到城市各项生活工作的正常运行。怎样快速定位供水管网爆管这类突发事件，是供水行业的的普遍难题。因此，寻求一种经济有效的爆管定位方法，对保障供水行业安全、城市正常运转，减少经济损失都有重大意义。
　　虽然现在各大供水公司都安装了SCADA系统监测管网的运行状态，但受经济条件限制，布置较为稀疏并且大多没有进行优化，其监测范围不够明确，即使出现异常数据，也并不能准确定位出事故区域。本文以爆管事故定位和压力监测点优化布置为主要研究内容，从以下几个方面展开研究：
　　1、管网水力模型和 SCADA系统是实现供水系统现代化管理的必要手段与途径，也是开展爆管定位、优化调度、水质预警等事件研究所必须依靠的工具。本文介绍了上述两项技术的概念、组成及水力模型建立的基本步骤。
　　2、本论文在管网水力平差计算的基础上，编写程序获取管网压力变化数据，通过模糊C均值聚类算法对管网进行了分区。
　　3、本论文对爆管状态下水力特性做了详细的研究，利用引入“虚拟短管”的方式，模拟了完全爆管和非完全爆管两种爆管事故，同实际情况较为吻合。并结合FCM聚类分区结果建立了爆管预警事故库。
　　4、本文在上述研究结果的基础上，利用BP神经网络建立爆管辅助定位模型，并分别应用于算例管网及实际大型城市管网，验证了其合理性。
　　5、本文在现有压力监测点和实际安装条件困难的前提下利用FCM聚类算法提出了一种压力监测点优化布置方法。结果表明，相比传统布置方法，该方法能够更加合理地确定压力监测点的位置。

目录

第一章 绪论

1.1 课题来源、研究背景及意义

1.2 国内外在该方面的研究现状及分析

1.3 课题研究内容及技术路线

第二章 供水管网微观动态水力模型的建立及水力模拟

2.1 供水管网动态水力模型概述

2.2 管网建模的目的

2.3 建立管网模型的基本步骤

2.4 本章小结

第三章 爆管辅助定位模型研究

3.1 爆管状态水力特性研究

3.2 模糊C均值聚类(FCM)管网分区

3.3 基于FCM算法的供水管网分区

3.4 爆管预警事故库的建立

3.5 基于神经网络的爆管辅助定位模型

3.6 算例验证

3.7 本章小结

第四章 爆管辅助定位模型在实际供水管网中的应用

4.1 工程管网实例概况

4.2 模型精度研究

4.3 模型应用

4.4 影响因素分析

4.5 本章小结

第五章 供水管网压力监测点优化布置

5.1 概述

5.2 研究进展

5.3 压力监测点布置原则

5.4 基于FCM算法的压力监测点优化布置

5.5 案例分析

5.6 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢