供水管网系统(Water Distribution System,WDS)水力模型是实现WDS现代化运行与管理的有效工具,它对于WDS的科学规划与高效管理具有重要意义。在构建水力模型时,会存在管道摩阻系数和未知漏损等大量无法准确测量的不确定参数,需要通过监...
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供水管网系统(Water Distribution System,WDS)水力模型是实现WDS现代化运行与管理的有效工具,它对于WDS的科学规划与高效管理具有重要意义。在构建水力模型时,会存在管道摩阻系数和未知漏损等大量无法准确测量的不确定参数,需要通过监测数据对这些参数进行校核。如何进行有效校核以正确反映WDS的运行状态是水力模型校核领域的难点和热点。本文以提高水力模型模拟精度为研究目的,以管道摩阻系数和未知漏损作为校核参数,分别构建了基于经验知识的管道摩阻系数校核方法和基于节点压力与漏损估计的供水管网水力模型校核方法。
针对管道摩阻系数这类不确定参数,构建基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的自动校核框架。Anytown管网的摩阻系数校核结果表明,采用基于GA的自动校核框架,每次优化计算得到的目标函数值相差不大,但不同的优化过程获得了差异较大的管道摩阻系数,相同管段得到的不同摩阻系数相对偏差最小值、最大值和中位数分别为1.4%、133.3%和65.6%。基于清远市新基计量分区的实验结果表明,在校核管道摩阻系数时,通过添加管道摩阻系数初始估计值,使用GA自动校核框架提高了管道摩阻系数的合理性。上述案例表明,基于管龄、管材等先验知识限定管道摩阻系数的合理范围可以有效克服GA自动校核框架存在的模型参数不确定性或不合理性。
针对管网漏损这类不确定参数,采用基于经典的漏损-压力关系模型和供水系统平均压力计算方法对节点漏损进行估计,利用WNTR(The Water Network Tool for Resilience,WNTR)构建鲁棒性水力模拟程序来模拟节点压力,并使用多层感知器(Multi-Layer Perception,MLP)模型来估计管网漏损的分布情况。基于Net3的实验结果表明,使用MLP模型进行漏损估计的准确率在98%以上。此外,在探究漏损节点个数和漏损识别准确率之间的关系时发现,漏损识别准确率会随着漏损节点个数的增加而降低,当漏损点位个数从1增加到10时,准确率下降1.52%。基于清远市新基计量分区的实验结果表明,仅使用监测节点的压力估计值进行漏损识别准确率也在98%以上,说明仅使用监测节点的压力估计值进行漏损识别不会显著降低漏损识别的准确率。上述案例表明,基于MLP减小监测点的压力实测值和估计值之间的差异能够有效估计管网未知漏损的分布情况。
通过校核管道摩阻系数,使清远市新基计量分区WDS水力模型的精度评分从65分提高到70分;再通过添加节点漏损,使清远市新基计量分区WDS水力模型的精度评分从70提高到73。上述案例表明,通过在合理范围内优化管道摩阻系数并将管网漏损纳入节点需水量可有效提高实际供水管网系统水力模型的模拟精度。
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