一种面向未来期的供水管网水力可靠性测算方法技术

本发明专利技术提出了一种面向未来期的供水管网水力可靠性测算方法。该方法按照“数据收集‑失效率计算‑水力学模拟‑可靠性分析”4个步骤给出城市供水管网水力可靠性的量化方法，该方法能够面向未来规划期，操作简便，可量化给出供水管网各管段以及整体管网系统水力可靠性的动态变化情况。同时，利用该发明专利技术所提出的方法，能对供水管网采取的维护措施的效果进行评估，有利于促进供水与自来水企业供水安全运行与动态管理水平的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种面向未来期的供水管网水力可靠性测算方法
本专利技术涉及城市供水
，具体涉及一种供水管网水力可靠性的计算方法，可为供水管网规划、建设、管理以及改造提供技术支撑。
技术介绍
除了以节点连通性、管壁厚度为特征的机械可靠性研究外，城市供水管网水力可靠性日益得到关注。水力可靠性面向管网用户需求可以体现管段发生故障时对用水户的服务水平状况。城市供水管网水力可靠性是指在规定的时间内和规定的使用状态下，管网能满足用户用水要求能力的大小。当前研究者对于供水管网水力可靠性内涵、如何定量评价、如何进行量测缺乏统一。传统的可靠性方法如解析法、蒙克卡罗随机模拟法、最小割集法法等来计算可靠性，随着供水管网规模的增大，计算量通常呈现指数增加，由于实践中通常缺少足够的数据信息支撑，或者需要大量繁琐耗时的计算过程，而且这种可靠性度计算也通常没有和维护决策进行关联，在实际供水管网规划与管理中采用此方法有较大的难度。因此，采用间接的可靠性指标已成为水力可靠性研究与实践应用的重要内容。总体上，简化、操作性强的可靠性指标的选取与应用是当前研究的难点和主要趋势。
技术实现思路
为克服现有的技术问题，本专利技术采用概率论与水力学分析结合的技术，提出了一种供水管网水力可靠性测算方法。该计算方法按照“数据收集-失效率计算-水力学模拟-可靠性分析”的技术路线给出城市供水管网水力可靠性的量化方法，具体实施包括四个步骤。步骤I：供水管网基础数据的收集：包括四类数据：管网自身属性信息；管网外部环境信息；管网运行工况信息；管段失效、修复、更换、维护信息；步骤II：计算各供水管管段失效概率；步骤III：供水管网水力学指标量化计算采用压力驱动进行供水管网水力学计算，依次计算各管段(j＝1,2,3…J)失效后的供水管网每个节点的供水量，具体计算公式如式(2)，继而计算供水管网供需损失量，即各节点的需水量与供水量的差值；式中，Pin,tt,Prn,tt,Pmn,tt,Pn,tt分别为供水管网第n个用水节点第tt时刻的最小水头、服务水头、最大水头以及实际水头；tt＝1,2,3……T，T为水力学计算时间；n＝1,2,3,……N，N为节点的数量，个；j＝1,2,3……J；J为供水管网中管段的数量，条；Sj,n,tt为第j个管段失效后第n个节点第tt小时的管网实际供水量，m3/h；Rn,tt为第n个节点第tt小时的用水需求量，m3/h；步骤IV，面向未来期的供水管网可靠性动态分析：面向未来期的供水管网水力可靠性的具体计算方法如下列公式所示：式中，REj,t为第j个管段第t年的可靠性指数；PRj,t为第j个管段第t年的失效概率；RELt为第t年供水管网系统的可靠性；U为管段的维修时间，h。进一步的，管段失效概率的计算方法包括：1)结构测定方法，将管段的强度和应力的分布进行随机化处理求解失效概率；2)历史供水管段失效数据统计法，收集完整的管段基本信息数据、影响因素数据以及每次失效记录的信息，在此基础上，根据特定供水企业历史数据进行回归确定；3)采用主观评价法，根据供水管段失效的影响因子，进行专家评分，确定每个因子的权重以及评分值，计算供水管段失效概率。该方法与传统的可靠性测算方法不同，主要特征如下，1)该方法面向未来的一定规划期；2)该方法可体现供水管段更换过程对系统可靠性的影响；3)该方法体现了管段失效所导致的节点流量损失率。4)该方法面向单个管段的故障状况，每个管段所处状态相互独立；5)该方法体现了管段维修时间对供水管网可靠性的影响程度，6)该方法考虑每个年份单个管段的独立失效，未考虑供水系统中多个管段的同时失效，通常在供水管网实践中同时失效发生的概率较低。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种面向未来规划期的供水管网水力可靠性的测算方法，该方法能够面向未来规划期，操作简便，可量化给出供水管网各管段以及整体系统水力可靠性的动态变化情况。同时，利用该专利技术所提出的方法，能对供水管网采取的维护措施的效果进行评估，特别是措施采取后供水管网系统的可靠性水平状况，从而为供水管网管理者决定更换哪些管段、什么时候更换等维护决策提供指导和参考，有利于促进供水与自来水企业供水安全运行与动态管理水平的提升。附图说明图1为本专利技术技术路线流程图；图2为未来时期各供水管段水力可靠性变化(浙江县城典型案例)；图3为未来时期各供水管段水力可靠性年均值(浙江县城典型案例)；图4为未来时期供水管网水力可靠性变化(浙江县城典型案例)；图5未来时期供水管网采取维护措施前后平均管龄变化比较(浙江县城典型案例)。具体实施方式：本专利技术提供了一种面向未来期的供水管网水力可靠性测算方法。该计算方法按照“数据收集-失效率计算-水力学模拟-可靠性分析”的技术路线给出城市供水管网水力可靠性的量化方法，具体实施包括如下四个步骤：步骤I：供水管网基础数据的收集供水管网基础数据主要包括如下四类，一是管网自身属性信息，具体包括如管长、管径、管材、铺设时间、用水户、管网拓扑结构，二是管网外部环境信息，如覆土厚度、土壤类型、交通状况等；三是管网运行工况信息，如水质、水量和水压指标等，这些数据通常来自压力计或流量仪的监测结果，四是管段失效的次数、时间以及原因，管段修复与更换时间以及方法，维护时间。通常，供水管段的维修时间(U)为每次管段失效所需的维护时间，通常为1-72小时，如表1所示。对于管径较小、管段较小、埋深较小的管段，抢修时间通常取小值，反之取较大值。通常根据特定供水企业的人力与技术特征，根据历史数据进行统计分析确定。表1供水管段的维修时间管径(cm)维修时间(h)<3001-24300-40016-48>40024-72步骤II：各供水管段失效概率计算管段失效概率确定通常受到诸多因素的影响，如管龄、管径、管长等。主要采用的方法包括：一是结构测定方法，将管段的强度和应力的分布进行随机化处理求解失效概率，这种方法通常需要可靠的检测仪器，或采用管段破坏等实验数据进行经验推算获得。二是历史供水管段失效数据统计法，利用这种方法计算的失效概率，需要有较为完整的管段基本信息数据、影响因素数据以及每次失效记录的信息。在此基础上，可根据特定供水企业历史数据进行回归确定，通常可对每一类管材进行分类统计分析。管段失效概率通常采用幂函数、指数函数、线性函数以及非线性函数等形式进行表达，例如可采用如下形式：其中，AGj,t为第j个管段第t时间的管龄，年DIj为第j个管段的管径，cm；通常，管龄越长，管径越小，供水管网的失效率越高；K1，K2为经验系数，需要根据特定供水企业的基础数据进行回归确定。三是采用主观评价法。根据供水管段失效的影响因子，进行专家评分，确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向未来期的供水管网水力可靠性测算方法，其特征在于：具体实施包括如下四个步骤：/n步骤I：供水管网基础数据的收集：包括四类数据：管网自身属性信息；管网外部环境信息；管网运行工况信息；管段失效、修复、更换、维护信息；/n步骤II：计算各供水管段的失效概率；/n步骤III：供水管网水力学指标量化计算：/n采用压力驱动进行供水管网水力学计算，依次计算各管段失效后的供水管网每个节点的供水量，具体计算公式如式(2)，继而计算供水管网供需损失量，即各节点的需水量与供水量的差值；/n

【技术特征摘要】
1.一种面向未来期的供水管网水力可靠性测算方法，其特征在于：具体实施包括如下四个步骤：
步骤I：供水管网基础数据的收集：包括四类数据：管网自身属性信息；管网外部环境信息；管网运行工况信息；管段失效、修复、更换、维护信息；
步骤II：计算各供水管段的失效概率；
步骤III：供水管网水力学指标量化计算：
采用压力驱动进行供水管网水力学计算，依次计算各管段失效后的供水管网每个节点的供水量，具体计算公式如式(2)，继而计算供水管网供需损失量，即各节点的需水量与供水量的差值；



式中，Pin,tt,Prn,tt,Pmn,tt,Pn,tt分别为供水管网第n个用水节点第tt时刻的最小水头、服务水头、最大水头以及实际水头；tt＝1,2,3……T，T为水力学计算时间；n＝1,2,3,……N，N为节点的数量，个；j＝1,2,3……J，J为供水管网中管段的数量，条；Rn,tt为第n个节点第tt小时的用水需求量，m3/h；Sj,...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚俊英，贾仰文，周祖昊，丁相毅，郭新蕾，余雪兵，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11