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供水管网系统作为市政基础设施的重要组成部分,其安全运行直接影响到人民的生产、生活质量。准确获取管网运行状态,对供水企业的日常管理、异常侦测等工作意义重大。然而,供水管网系统存在着多种影响状态分析的不确定性因素。有鉴于此,本文在分析现有研究的基础上,针对不确定性因素对管网系统运行状态影响、状态空间建模及异常侦测问题开展了下述研究:(1)具有不确定性的供水管网系统水力分析。由于不确定性因素广泛存在于供水管网系统,本文从用水及管道摩阻不确定性出发,使用蒙特卡洛模拟法分析了不确定性程度对管网系统节点压力波动量的影响,并进一步分析了运行工况、监测点布置数量及空间位置对节点压力估计的影响。试验结果表明:节点压力波动量与不确定性程度呈正相关;监测点的合理布置有利于准确评估节点压力。(2)考虑不确定性的供水管网SPC异常侦测。城市供水管网监测点敷设数量有限,大量的非监测点运行状态须借助水力模型模拟得到或软测量估计得到。针对受不确定性因素影响的估计值,本文通过实例分析比较EPANET模拟值与实测值,拓展了SPC方法在供水管网异常侦测中的应用:若感兴趣节点布置有压力监测设备,则可直接依据该监测设备实测数据绘制对应SPC控制图进行监测。若感兴趣节点未布置有压力监测设备,则需要在考虑监测点约束的前提下,使用蒙特卡洛模拟法计算各时刻模拟值的平均值和标准差。然后,选取夜间最小用水时段和平稳用水时段,采用SPC方法进行异常侦测,以减少误报。(3)供水管网系统状态空间建模。针对城市供水管网系统结构复杂、规模庞大而难以直接依据系统机理进行状态空间建模问题,提出了一种基于VARX模型的状态空间表达式建立方法。结合算例管网运行数据,经VARX建模、差分化、Z变换等处理得到了系统的状态空间表达式。然后,对同样的算例管网依据系统机理建立了状态空间模型,并将两种方法所得状态空间模型的系统矩阵进行了对比,结果显示两者具有较高一致性,说明了本方法的可行性。(4)实际供水管网状态空间建模及能观性应用。依据供水管网系统状态空间建模研究结果,采用基于VARX模型的建模方法实现了实际管网系统的状态空间建模,并进行了能控能观性分析、最小实现及系统阶数对能观性影响研究。然后,在研究改扩建及爆管事件对状态空间模型影响的基础上,探讨了供水管网系统状态空间模型及其能观性在异常事件侦测中的应用。