基于分区计量的漏失诊断与管网改造研究

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供水管网是水资源输送的重要载体,由于管线超期服役、遭受腐蚀、前期规划不合理等因素,我国供水管网漏损情况十分严重。2022年1月,住建部、发改委联合发布关于加强公共供水管网漏损控制的通知,提出到2025年全国公共供水管网漏损率控制在9%以内。降低管网漏损水平,提升漏损管理效率,对缓解水资源供需矛盾,提升水资源利用率,促进经济社会可持续发展具有重要意义。物理漏失作为管网漏损水量的主要组成部分,是漏损控制工作的重点。本文以控制供水管网物理漏失为核心目标,依托某市漏损控制管理示范区建设项目,围绕管网分区建设、新增漏失诊断、管网改造决策三个方面进行了系统性物理漏失控制研究。首先对研究区概况进行简要介绍,并基于谱聚类算法实现了管网自动分区;其次建立了夜间最小流量移动平均隔差模型,对管网新增漏失进行诊断;最后针对出现漏失的管段,建立了管网运行状态评价模型,依据评价结果采取不同的针对性举措,为水司管网改造提供决策支持,最终实现物理漏失控制核心目标。本次研究紧密结合工程实际,在切实降低示范区漏失水平的同时,期望为其他地区开展漏失控制工作提供思路与借鉴。论文主要研究内容和成果如下:(1)研究区管网DMA的建立。分区计量(District Metered Area,DMA)作为开展漏失控制的基础性、先导性工作,对后续的流量监测和漏失诊断具有重要意义。传统的分区方法以人工经验分区为主,受主观因素影响较大,且效率低下。本文基于谱聚类算法实现了管网自动分区,提升了分区方案的科学性。谱聚类算法的关键在于构建节点相似度矩阵,而供水管网可以看作由需水节点和管线组成的拓扑图。为此,本文基于节点能量冗余差来描述节点间的关系,建立相似度矩阵,并引入评价指标确定合理分区数,经过综合比选将研究区划分为19个DMA,为后续的漏失诊断打下良好基础。(2)管网新增漏失诊断。分区建立后,可根据区域流量变化判断是否出现新增漏失。由于居民用水活动具有很强的随机性,流量数据也会随之波动。移动平均有着良好的消除随机波动的效果,本文在移动平均的基础上,建立了夜间最小流量移动平均隔差模型,并选取研究区内八个DMA小区为样本,探究移动平均天数M对漏失诊断的影响及适宜取值。结果表明,M越大,减弱夜间最小流量随机波动的效果越强,漏失诊断分辨率越高。M表示从漏失发生到判断漏失存在的最大天数,其适宜取值为移动平均隔差曲线DT(M)范围宽度变化趋于平缓时的值,对于研究区来说,M取10较为合适。最后,选取高寿街DN300、高原街DN200、阳光花园三处DMA进行实例验证,取得了较好的漏失诊断效果。(3)管网改造决策研究。示范区建设方案中指出,管段出现新增漏失后,可对其漏点进行修复,然而示范区管网铺设年代久远,锈蚀严重,同一管段反复出现新漏点,管网老化速度已远超检漏维修速度,此时需对其进行更换,即管网改造,要把管网改造作为示范区漏失控制的主要手段。管网改造是物理漏失控制中最彻底最有力的措施,但成本高昂,只能有选择性地展开,且长期依靠管理者主观臆断,缺乏科学决策依据。为此,本文建立了管网运行状态模糊综合评价模型,根据评价结果对漏失管段采取不同的针对性举措,为水司管网改造提供决策支持,进而实现物理漏失控制核心目标。首先统计分析研究区1244次历史漏失事件,总结研究区漏失规律并确定评价指标,而后采用AHP-EWM主客观组合赋权进行权重分配,建立评语集:健康、良好、一般、较差、病态,对“病态”管段进行更新改造。为分析模型准确性,引入最大隶属度原则有效性检验指标,选取2022年1-3月研究区内出现漏失的39条管段进行评价,结果表明模型准确率达84.62%,可为水司管网改造提供可靠依据。
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