城市供水管網(wǎng)是保障人民生活和城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施,但隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn),管網(wǎng)漏損率居高不下,由于地下供水管道的隱蔽性,有的管道發(fā)生破壞后,往往很久才會(huì)被人發(fā)現(xiàn),不僅使得經(jīng)過處理的水資源白白流失,影響供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,雜質(zhì)通過裂口進(jìn)入管道內(nèi)還可能污染水質(zhì),帶來安全隱患。由于管道發(fā)生漏損時(shí)會(huì)引起管網(wǎng)工況發(fā)生改變,而壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的壓力數(shù)據(jù)中隱含了管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息。因此,本文研究分析了管網(wǎng)中不同位置的管道發(fā)生不同程度破壞時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力的影響,運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了漏點(diǎn)位置與測(cè)壓點(diǎn)壓力變化率之間的非線性關(guān)系,展開了城市供水管網(wǎng)漏點(diǎn)實(shí)時(shí)定位的研究,實(shí)現(xiàn)了僅輸入幾個(gè)測(cè)壓點(diǎn)壓力變化數(shù)據(jù)就能反向推導(dǎo)漏點(diǎn)位置的可能,達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控漏損的目的,為將來廣泛應(yīng)用在實(shí)際管網(wǎng)中提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。首先,運(yùn)用EPANET軟件建立實(shí)際供水管網(wǎng)的水力模型。通過對(duì)售水記錄資料分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,按照用水性質(zhì)將研究區(qū)域內(nèi)的用水戶分為了城市居民用水、農(nóng)村居民用水、商業(yè)服務(wù)用水、辦公類用水、工業(yè)用水和集體單位用水6大類,對(duì)這6類用戶進(jìn)行了為時(shí)一周的用水量實(shí)測(cè),然后通過曲線擬合得到了每類用戶工作日和周末的用水量24小時(shí)變化規(guī)律曲線。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘,選取了9根不同管徑、不同埋設(shè)年代、不同地點(diǎn)的普通鑄鐵管,采用三點(diǎn)測(cè)壓法,對(duì)管道阻力系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定,擬合出了以管道埋設(shè)年代和管徑為系數(shù)的供水管道阻力系數(shù)模型:C=65.345e~(0.01537(γ-1950))+0.03827D+15.39,為水力模型的構(gòu)建提供了重要參數(shù)。進(jìn)而對(duì)管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化,采用多種分配方式相結(jié)合的方式分別對(duì)研究區(qū)域中的大用戶用水量、小用戶用水量、未計(jì)量水量和管網(wǎng)漏失水量進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)流量的分配,最終建立了一個(gè)有122個(gè)節(jié)點(diǎn),132條管段的供水管網(wǎng)仿真水力模型。最后開展了實(shí)例研究,利用EPANET軟件建立的目標(biāo)區(qū)域的仿真水力模型,以添加節(jié)點(diǎn)出流的方式在管網(wǎng)的上游、中游和下游分別選取管道進(jìn)行不同破壞程度(漏損面積比K_a分別為0.01、0.03、0.05、0.1和0.2)的漏損模擬,通過觀察壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水壓變化,初步判斷漏點(diǎn)的大致位置,并為接下來建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的漏點(diǎn)定位模型提供數(shù)據(jù)支持。選取目標(biāo)管網(wǎng)中70條埋地敷設(shè)的管段,進(jìn)行不同損壞程度的漏損模擬,獲得壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力變化數(shù)據(jù),將這些數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),使其建立起漏損點(diǎn)位置與測(cè)壓點(diǎn)壓力之間的非線性關(guān)系,構(gòu)建了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)漏點(diǎn)定位模型,選用未經(jīng)過訓(xùn)練的管道進(jìn)行漏點(diǎn)定位,結(jié)果表明模型的漏點(diǎn)定位診斷切實(shí)可行。
【學(xué)位單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU991.61
【部分圖文】：

稱為“藍(lán)色的星球”，但是這其中 97.5%的水資源都是海洋水，淡水資源 2.5%，而且 70%以上的淡水都存在于極寒之地的冰層中，再除去不能開水、高山冰川難以利用的積雪，真正易開采、可供人類利用的淡水僅占地的 0.26%左右[1]。我國(guó)的淡水資源占有量位列世界第四，水資源總量十分大的人口基數(shù)的稀釋，我國(guó)的人均擁有淡水資源量?jī)H為 2300 m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低平 9200m3，在世界 149 個(gè)國(guó)家中排第 110 位。十九世紀(jì)末，我國(guó)被聯(lián)合支持和管理聯(lián)合部（United Sations Department of Development Suppoent）評(píng)定為水資源缺乏國(guó)家[2]。我國(guó)可利用的水資源主要來自于降雨，而等因素的影響，水資源在地區(qū)分布上很不均勻，如圖 1-1 所示，總體上呈逐漸遞減的趨勢(shì)，長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)的面積只占全國(guó)國(guó)土總面積的 3了全國(guó)總量的 81%，而長(zhǎng)江以北地區(qū)的水資源量?jī)H占全國(guó)總量的 19%。我內(nèi)的北方缺水區(qū)總面積已超過 58 萬(wàn)平方公里，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的人均水資國(guó)人均水資源的五分之一。在時(shí)間上水資源分布更加不均衡，一般夏季多部分地區(qū)夏季汛期的降雨量占全年的降雨量 60%-80%，過于集中的降水不旱夏澇，還大大減少了可利用的水資源量。

2）管網(wǎng)漏損工況模擬。從水力學(xué)角度看，道發(fā)生破壞可以看作為一個(gè)突然增大的節(jié)點(diǎn)流量，因此本文在建立好的目水力模型上通過人為增加節(jié)點(diǎn)的方式模擬管段漏損，分析管網(wǎng)中不同位置同程度的漏損時(shí)，各壓力測(cè)壓點(diǎn)的壓力變化特征，并建立管段漏損數(shù)據(jù)庫(kù)立 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)漏點(diǎn)實(shí)時(shí)定位模型提供訓(xùn)練樣本，3）建立 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)漏點(diǎn)實(shí)時(shí)定位模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是一種模擬人類神經(jīng)元細(xì)胞和信息傳遞的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)和自組織能力適應(yīng)各種不同的線性的或者非線性的模型需求。特別是當(dāng)系統(tǒng)信息量少，數(shù)未知的情況下，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法能對(duì)系統(tǒng)的真實(shí)情況進(jìn)行高精度的擬用管段漏損數(shù)據(jù)庫(kù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使其建立起漏損位置與測(cè)壓點(diǎn)壓力變化關(guān)系，構(gòu)建了漏點(diǎn)實(shí)時(shí)定位模型，提出適用于我國(guó)供水管網(wǎng)漏損控制的方技術(shù)發(fā)達(dá)的今天，這種定位往往十幾秒鐘就能完成，能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控漏損復(fù)漏損，減少水資源的流失。術(shù)路線文的技術(shù)路線如下：

管網(wǎng)漏失率 18.25%，城市供水普及率 99%。圖2-1 為 GIS 系統(tǒng)中的研究區(qū)域供水管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖 2-1 研究區(qū)域供水管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.2-1 Topology diagram of water supply network of study area in GIS system截至目前，研究區(qū)域的管網(wǎng)總長(zhǎng) 143.4km，其中小口徑管道較多，＜DN75 的管線長(zhǎng)度為 56.3km，約占管線總長(zhǎng)的 39.3%，"gDN75 的管線長(zhǎng)度為 87.0km，約占管線總長(zhǎng)的 60.7%。2005 年之前敷設(shè)的管道大部分為普通鑄鐵管材質(zhì)，之后敷設(shè)的管道多為球磨鑄鐵管，其次為鋼管，部分管道采用 UPVC 材質(zhì)，小區(qū)內(nèi)管網(wǎng)采用 PE 管

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2815957