一种压力驱动供水管网水力建模方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种压力驱动供水管网水力建模方法及应用

【技术实现步骤摘要】
一种压力驱动供水管网水力建模方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种水力建模方法，具体涉及一种压力驱动供水管网水力建模方法
。

技术介绍

[0002]城市供水管网的管段摩阻系数以及节点高程参数是影响管网模型准确性的主要因素，其中，节点高程的准确性对于管网模型的精确度而言影响较大
。
传统的管网水力建模通过需水量驱动，较注重管网摩阻系数的率定
。
由于供水管网管段埋于地下，实测节点高程较为困难，导致管网水力建模先天不足
。
另外，传统管网水力建模及校验需要人工调整，复杂度高且工作量大，需要耗费大量的人力物力
。
[0003]文献
[1]和文献
[2]中提出的供水管网建模方法均采用遗传算法对管网摩阻系数进行率定，文献
[3]采用蚁群算法对管网摩阻系数进行率定，通过多工况数据校准，来提高最终模型的准确性
。
这些方法在供水管网水力建模方面有着一定的应用
。
然而，这些方法往往忽略了节点高程对于模型准确性的重要影响，且校核过程仅选取部分压力测点
。
在实际水力建模中，忽略高程因素可能导致模型的不准确性，进而影响模拟结果的可信度
。
[0004]文献
[4]提出了一种两步率定法，通过对节点高程和管网摩阻系数灵敏度高低的分析，采用首先对管网节点高程进行率定，然后再对管段摩阻进行率定的方法
。
然而，文献
[4]方法仍采用需水量驱动，并未利用密集的压力测点数据，这在一定程度上降低水力模型的准确性
。
[0005]相对于传统的需水量驱动方法，压力驱动方法在模型建立和优化过程中，能够更准确地考虑供水管网中水流的变化情况
。
随着水司
SCADA
系统的不断建设，首先通过远传大表采集了更多的单位
/
小区用水量数据
。
其次，通过密集的智能消防栓采集了管网众多节点的压力数据，这种实时数据为压力驱动水力系统建模的精确性和实用性提供了有力支持
。
故在物联网基础上开展充分利用压力测点数据的供水管网水力建模方法，对管网的节点高程与管段摩阻系数都进行率定，可以克服传统管网水力建模忽略高程导致模型不准确问题，实现供水管网快速水力建模及校验
。
[0006]参考文献：
[0007][1]信昆仑
,
程声通
,
刘遂庆
.
实数型编码遗传算法校核管道摩阻系数
[J].
中国给水排水
,2004,20(9):3.DOI:10.3321/j.issn:1000
‑
4602.2004.09.021.
[0008][2]卓敏
.
给水管网管道摩阻的灵敏度分析及其校正研究
[D].
浙江大学
,2005.
[0009][3]张土乔
,
许刚
,
吕谋等
.
给水管网管道摩阻校正方法研究
[J].
浙江大学学报
(
工学版
),2006(07):1201
‑
1205.
[0010][4]司伟超
.JS
输水管网水力建模及应用
[D].
杭州电子科技大学
,2023.

技术实现思路

[0011]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种压力驱动供水管网水力建模方法，利用密布压力测点数据和海曾威廉公式，分步率定节点高程与管段摩阻系数，实现供水管网的
快速水力建模及校验
。
[0012]本专利技术提供了一种压力驱动供水管网水力建模方法，该方法包括以下步骤：
[0013]步骤1，获取管网静态结构和动态运行数据
[0014]步骤2，数据预处理，筛选符合常规流向的工况
[0015]根据管段管径确定两端节点埋深范围；
[0016]对压力数据进行去毛刺处理，并对少量缺项数据采用线性插值的方法进行预处理；
[0017]对压力数据采用卡尔曼滤波进行降噪；
[0018]对降噪后的压力数据，依据判定条件，确定管网水流的常规流向；
[0019]步骤3，管网节点高程率定
[0020]管网节点高程
e
作为优化变量，确定优化变量
e
的约束范围，给出优化目标为：
[0021][0022]其中
n
为节点总数；
m
为工况总数；
Q
ik
为节点
i
在工况
k
下的净流量值；
J
表示所有工况所有节点净流量模拟值与实际值的误差和；
[0023]采用遗传算法进行寻优；
[0024]步骤4，管段摩阻系数率定
[0025]管段摩阻系数
C
作为优化变量，确定优化变量
C
的约束范围，采用步骤3中相同的优化目标以及相同的遗传算法进行寻优；
[0026]步骤5，水力模型校验，包括校验各压力监测点水压与实测记录的吻合程度和各流量监测点流量与实测记录的吻合程度
。
[0027]本专利技术还提供了一种上述所建立模型在管网水力演算中的应用
。
[0028]本专利技术充分利用密集智能消防栓大量压力测点数据，并考虑节点高程因素，采用卡尔曼滤波对压力数据降噪
、
常规流向筛选率定用工况等策略，消除测量噪声干扰，实现基于压力驱动方法的供水管网水力建模，提高了水力模型的准确性和可靠性
。
[0029]本专利技术相较于传统方法，所建立的管网水力模型具有更高的精度和可靠性，能够更好地支撑安全生产和管理决策
。
同时，利用物联网采集的实时数据，快速建立和更新水力模型，更符合实际需要
。
附图说明
[0030]图1为本专利技术方法流程图；
[0031]图2为实例管网结构图
。
具体实施方式
[0032]下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术
,
本专利技术的目的和效果将变得更加明白
,
应当理解
,
此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术
,
而不是为了限制本专利技术的范围及其应用
。
[0033]如图1所示，本申请实施例公开了一种压力驱动供水管网水力建模方法，包括以下步骤：
[0034]步骤1，从
GIS
和
SCADA
中获取管网静态结构和动态运行数据
[0035]通过
GIS
获得管网结构及节点位置及其地面高程
h、
管道连接信息
。
[0036]通过智能消防栓获得密集压力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种压力驱动供水管网水力建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1，获取管网静态结构和动态运行数据步骤2，数据预处理，筛选符合常规流向的工况根据管段管径确定两端节点埋深范围；对压力数据进行去毛刺处理，并对少量缺项数据采用线性插值的方法进行预处理；对压力数据采用卡尔曼滤波进行降噪；对降噪后的压力数据，依据判定下条件，确定管网水流的常规流向；步骤3，管网节点高程率定管网节点高程
e
作为优化变量，确定优化变量
e
的约束范围，给出优化目标为：其中
n
为节点总数；
m
为工况总数；
Q
ik
为节点
i
在工况
k
下的净流量值；
J
表示所有工况所有节点净流量模拟值与实际值的误差和；采用遗传算法进行寻优；步骤4，管段摩阻系数率定管段摩阻系数
C
作为优化变量，确定优化变量
C
的约束范围，采用步骤3中相同的优化目标以及相同的遗传算法进行寻优；步骤5，水力模型校验包括校验各压力监测点水压与实测记录的吻合程度和各流量监测点流量与实测记录的吻合程度
。2.
根据权利要求1所述的一种压力驱动供水管网水力建模方法，其特征在于：步骤1具体是：通过
GIS
获得管网结构
、
节点位置及其地面高程
h、
管道连接信息；通过智能消防栓获得密集压力测点数据
P
，通过远传大表获得需水节点用水量数据
Q
d
。3.
根据权利要求1所述的一种压力驱动供水管网水力建模方法，其特征在于：步骤2中的判定下条件具体是：
(1)
在分支管段的末端管道需水流流向支管末端，即支管末端节点水头需小于与其连接的上游节点水头；
(2)
供水管网中的水流须顺着大直径的主管段的流向小直径的分支管段，即主管段节点水头需大于与其连接的分支管道节点水头；如果出现反常，在连续1周以上的运行中，
95
％以上工况符合此流向，则确定此流向为常规流向
。4.
根据权利要求3所述的一种压力驱动供水管网水力建模方法，其特征在于：步骤2还包括：筛选用于参数率定的工况时，当不符合常规流向的管段数量超过总管段数量的5％时，剔除该工况，以确保参数率定的准确性
。5.
根据权利要求1所述的一种压力驱动供水管网水力建模方法，其特征在于：步骤3中的优化变量
e
的约束范围为
[e1,e2]
；其中，
e1
＝
h
...

【专利技术属性】
技术研发人员：严佳杰，彭浩，徐哲，陈晖，何必仕，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：