基于盲源分离理论的供水管网漏失特性研究

作     者：庄永伟 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高金良

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：供水管网 漏失模拟 漏失量计算 漏失特性 快速独立分量分析 

摘      要：供水管网漏失严重使供水行业面临巨大挑战，不仅大大减少公用事业收入，降低供水服务质量，同时造成城市水资源浪费。如何量化管网漏失是管网控制漏失的基础，同时为管网漏失控制指明方向。为达到资源最优化、效益最大化，研究城市供水管网物理漏失量具有较大实际意义。 本课题针对国际上常用的三种计算物理漏失量的方法存在的缺陷进行探讨，指出夜间最小流量法存在差异系数以及计量区域内实际用水量不准确等问题；水平衡法存在表观漏失水量、免费供水量数值实际为推测值，大量测流仪表安装困难等缺陷；基于压力驱动漏失量水力模型存在缺陷，如参数取值不准确，多凭经验取值；估算得到漏失量无法验证，很难得到真实漏失量，且模型简单的回归到两个参数，构建模型形式存在缺陷。 至今，国际上未见精准漏失量推算的数学方法。本课题研究如何仅在管网中有代表性位置安装流量计、压力表的情况下，分析供水管网物理漏失量压力、时间特性，提出一种计算物理漏失量新思路，本课题研究内容包括以下几个方面： 1.建立供水管网漏失专用实验平台，安装在线流量计、压力表以及水表等计量设备。模拟不同用户、不同漏点、不同类型管网漏损情况，部分蚀点作为漏失量，另一部分作为用水量。 2.应用2独立性验证实验条件下用水量与漏失量独立性，应用峭度检验法检验实验室用水量的非高斯性，为漏失量盲源分离理论的应用奠定基础。漏失量盲源分离算法采用非高斯性作为目标函数，以固定点迭代作为寻优算法。编写漏失量快速独立分量分离算法源代码，将漏失模型嵌套到水量平衡方程组，达到分离物理漏失水量的目的。采用相对误差和相关系数评价指标对分离结果进行评价，模拟漏失率相对误差范围为0.28%7.55%。 3.将管网漏失量分离理论和水量平衡方程组应用到实际计量区域供水管网数据，对实际管网流量观测信号漏失分离。结果表明漏失量盲源分离算法计算得到漏失率与产销差计算漏失率差值仅为1.2%，漏失量盲源分离算法可靠。 课题意义在于对漏失特性进行分析，为供水行业提供决策与管理依据，有效制定下控漏策略；校准压力驱动漏失量模型参数，提高模型精度打下基础；为国家评价供水企业的管理及技术水平提供依据，促进分别制定漏失率管理及技术标准。