基于EPANET水力模型的H市供水管网可靠性研究

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供水管网系统是城市极其重要的基础设施系统之一,在保障公共健康,促进社会效益以及提高人民生活质量等方面发挥着至关重要作用。近些年来,随着城市规模的逐渐扩大,人口数量的不断增多以及城市管网覆盖面积的扩大,导致了城市可用水资源紧缺以及管网漏损、爆管等事件发生的频率增加。基于此,应用水力模型软件,建立供水管网水力模型,通过模拟实际供水管网的运行情况,对城市供水管网系统进行可靠性分析并提出相应的提升措施,以提高城市供水的可靠性及其服务水平有极其重要意义。本文以H市一区的供水管网为研究区域,构建供水管网水力模型,并以水力模型为基础,对该区域的供水管网进行可靠性相关分析及研究。首先,研究分析可靠性基本概念,供水管网系统可靠性的定义以及指标和概率分布等内容,得到指数分布较为符合组件的故障概率密度;不同网络结构的系统具有不同的可靠度,并指出要兼顾经济性和可靠性之间的关系;对比分析不同可靠性分析方法并介绍不同分析方法的适用条件及其优缺点。通过对可靠性理论分析,为后续对实际管网进行可靠性分析奠定理论基础。其次,对国内外不同建模软件进行介绍,根据H市供水管网的实际情况选用EPANET建模软件进行水力模型构建;对供水管网水力模型的基本原理进行系统阐述,并指出EPANET软件以全局梯度算法对基本方程组求解;基于Microsoft Excel的VBA(Visual Basic for Applications)支持,建立供水管网模型数据交互平台,实现管网基本属性数据与软件对接;简化得到H市一区供水管网水力模型拓扑结构;确定H市一区供水管网的粗糙系数、节点流量分配、不同用户用水类型的用水规律曲线,初步建立H市一区供水管网水力模型;选择5个典型实际测压点的数据对初步建立的水力模型进行反复校核,校核结果得到,误差≤±1m占全部校核监测55.83%,压力误差≤±2m占全部校核监测点的85.83%,压力误差≤±4m的压力监测点为100%,模型的整体相对误差为5.03%。满足模型构建精度要求,校核后的水力模型可以较好水平的反映实际管网运行。再次,以可靠性基本理论为基础对城市供水管网可靠性进行理论分析,阐述了最小割集法原理,并基于最小割集法建立了节点可靠度模型并运用权重系数法计算管网系统可靠度。并对EPANET软件的调用流程进行介绍。最后,基于构建的供水管网水力模型及可靠度计算模型,对H市一区供水管网进行可靠度计算,得出H市一区供水管网的整体可靠度及各个节点可靠度,指出影响供水管网可靠度大小的不同影响因素。对供水管网进行可靠度敏感性分析,得出在不同时段及对应出厂压力下的管网系统可靠度、不同最小服务水压下的管网可靠度。分析得出,随着不同时段出厂压力的增加或最小服务水压标准的提高,管网系统可靠度和节点可靠度逐渐降低;对管网进行可靠度提升改建措施,提出扩大管径、增设连接管、增设主干管三种方案,计算得出相应方案的价值指数。分析得出,对于管网可靠度提升改建措施,增设薄弱环节的连接管是三种管网改建类型中较为合适的管网可靠性提升方案。供水管网的可靠度计算、敏感性分析以及对管网进行可靠度提升措施对于供水管网的优化设计及改扩建具的指导意义。
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