一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法技术

本发明专利技术属于市政工程城市供排水管网领域，提供一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法，获取供水管道爆管的数量及爆管后需要隔离的阀门数量；计算供水管道爆管后阀门关闭所形成的隔离区大小；计算隔离区缺水量占总缺水量的比例；计算管道j被隔离后影响的管道集合；计算受流向影响的管道集合；计算受流速影响的管道集合。通过对爆管后指标体系来定量分析，该指标体系能够有效表征关阀操作造成的供水管网水力水质变化程度，可以在供水管网的日常运行时为每一根管段模拟爆管，分别计算一套指标值，为实际工程中爆管后关阀抢修工作提供参考依据；有助于为抢修工作提供参考依据，防止因为阀门隔离操作造成进一步的大范围问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法


[0001]本专利技术属于市政工程城市供排水管网领域，特别涉及一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法。

技术介绍

[0002]供水管网是城市基础设施的重要组成部分，其运行决策会直接影响城市供水系统的可靠性和安全性。然而，当出现爆管事件，会造成水资源浪费和社会经济损失，影响城市居民和工厂生产的正常用水。因此当爆管事件发生后，要快速准确调节阀门对故障区域进行隔离。
[0003]阀门作为供水管道的调控元件，对供水系统爆管管理起着重要的调节作用。当爆管事件发生后，故障管道被阀门隔离，管道种的部分区域会与水源暂时切断，整个城市供水管网的拓扑结构发生变化，管网中仍然连通的部分也会有水力水质上的变化。具体来讲，(1)关阀后会对管网内其它管道的压力造成影响，而压力调控会影响爆管发生的频率，例如压力瞬变可能会使隔离区外的管道破裂，从而造成更大范围的影响。(2)关阀后可能造成管网内其它节点出现缺水等情况，这会直接影响供水系统的稳定性，对隔离区外的正常供水造成干扰。
[0004]目前关于供水管道爆管的研究中大多认为，爆管的模拟是将管网中破裂的单根管道关闭而并不考虑实际的阀门位置，而这种模拟成立的前提条件在于单根管的两端分别安装有一个阀门。这种假设通常是不合理的，实际上的爆管隔离是通过关闭爆管周围最近的阀门来实现的。也就是说，根据管网中可用的阀门数量及分布，爆管后可能需要关闭一根及以上的管道才能实现故障管道的完全隔离。关闭如此多的管道会不可避免地引起供水管网上的水力水质变化，对于这些变化的定量分析有助于为抢修工作提供参考依据，防止因为阀门隔离操作造成进一步的大范围问题。然而，目前的研究大多集中在对阀门系统的可靠性分析、阀门的优化布置及爆管后需要操作的阀门识别算法上，忽视了关阀这一操作本身可能造成的管道次生影响，对阀门隔离效果没有进行定量分析和研究。
[0005]因此，需针对爆管后阀门隔离对供水管网整体性能的影响进行定量分析，这对城市供水安全具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出了供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法，给出了各个指标的计算方法和相关公式，指标定量分析能够有效表征关阀操作造成的供水管网水力水质变化程度，可以在供水管网的日常运行时为每一根管段模拟爆管，分别计算一套指标值，为实际工程中爆管后关阀抢修工作提供参考依据。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法，所述指标定量分析方法包括：
[0009](1)获取供水管道爆管的数量及爆管后需要隔离的阀门数量；
[0010](2)计算供水管道爆管后阀门关闭所形成的隔离区大小；
[0011](3)计算隔离区缺水量占总缺水量的比例，用于判断隔离区的缺水程度；
[0012](4)计算管道j被隔离后影响的管道集合；
[0013](5)计算受流向影响的管道集合，用于描述管道内流向的空间分布情况；
[0014](6)计算受流速影响的管道集合。
[0015]进一步的，步骤(1)中获取爆管后需要隔离的阀门数量具体过程为：
[0016]将整个管网的阀门总数记为V，通过广度优先搜索算法为每根管道j分别建立一个关阀集合
[0017]进一步的，步骤(2)中隔离区IA
j
计算式为：
[0018]管道j爆管后，可通过关闭阀门切断其与周围各管的联系，形成一个隔离停水区，简称隔离区IA
j
，通过计算关阀后封闭区域的管道总长表示隔离区IA
j
的大小，具体计算公式为：
[0019][0020]其中，为隔离区管道集合；
[0021]L(k)表示隔离区内每根管道的长度；
[0022]I表示隔离区的管道总数；
[0023]k是由于爆管j所形成的隔离区内管道。
[0024]进一步的，步骤(3)的具体过程为：
[0025]管道j在关阀时间段T内的缺水量记为WS
j
(t,T)，其计算公式为：
[0026][0027]其中，N为管网中供水节点总数；
[0028]G
i
(t)是指示函数，代表在时间步长t时管道j的隔离是否导致供水节点i缺水；
[0029]是时间步长t时，供水节点i的设计需水量，由供水水厂按照设计规范制定；
[0030]是时间步长t时，管道j被隔离时，供水节点i的实际需水量，由EPANET等管网模拟程序模拟爆管后得到的爆管后实际需水量；
[0031]WS
j
(t,T)值越大，表明该管道被隔离后引发的供水管网水资源短缺情况越严重。
[0032]隔离区内的缺水量大小，记为IW
j
(t,T)，具体计算公式为:
[0033][0034]其中，是隔离区集合中管道两端节点的集合，不含重复节点；
[0035]隔离区缺水量占总缺水量的比例IW
j
(t,T)/WS
j
(t,T)越大，代表管道被隔离后，越不易造成阀门隔离区以外的区域缺水。
[0036]进一步的，指示函数G
i
(t)为：
[0037][0038]是时间步长t时，供水节点i的设计压力水头，由供水水厂按照设计规范制定；
[0039]是时间步长t时，管道j被隔离时，供水节点i的实际需水量和实际压力水头，由EPANET等管网模拟程序模拟爆管后得到的爆管后实际需水量。
[0040]进一步的，步骤(4)的计算过程为：
[0041]供水管网中的阀门操作很可能在管网系统中引起瞬变，导致某些管道压力下降甚至产生负压，进而将周围受污染的水从破裂处吸入系统中，从而导致管网水质问题。因此，识别由于管道隔离引起压力波动的管道是评价体系中十分重要的一个方面。
[0042]设在时间t下管道j爆管所形成的隔离区管道集合为具体公式为：
[0043][0044]其中，是实际供水压力小于设计压力值的节点集合；
[0045](k
u
,k
D
)是管道k的上游和下游节点；
[0046]k是由于爆管j所形成的隔离区内管道，k＝1,2,
…
,M。
[0047]出于实际应用的目的，用受影响管道的总长度来表示关阀操作后对供水系统水质安全性的总体影响。
[0048]进一步的，步骤(5)的计算过程为：
[0049]设时间t下管道j发生中断事件时，受流向影响的管道集合为计算公式为：
[0050][0051]其中，和分别是时间t下管道j被隔离前后管道k的流量矢量；
[0052]符号函数sgn()表示，如果管道流向为正，则sgn()＝1，如果管道流向为负，则sgn()＝
‑
1；
[0053]该指标明确描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法，其特征在于，所述指标定量分析方法包括：(1)获取供水管道爆管的数量及爆管后需要隔离的阀门数量；(2)计算供水管道爆管后阀门关闭所形成的隔离区大小；(3)计算隔离区缺水量占总缺水量的比例，用于判断隔离区的缺水程度；(4)计算爆管管道j被隔离后影响的管道集合；(5)计算受流向影响的管道集合，用于描述管道内流向的空间分布情况；(6)计算受流速影响的管道集合。2.根据权利要求1所述的一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法，其特征在于，步骤(1)中获取爆管后需要隔离的阀门数量具体过程为：将整个管网的阀门总数记为V，通过广度优先搜索算法为每根管道j分别建立一个关阀集合3.根据权利要求1所述的一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法，其特征在于，步骤(2)中隔离区大小计算式为：通过计算关阀后封闭区域的管道总长表示隔离区IA
j
大小，具体计算公式为：其中，为隔离区管道集合；L(k)表示隔离区内每根管道的长度；I表示隔离区的管道总数；k是由于爆管j所形成的隔离区内管道。4.根据权利要求1所述的一种供水管道爆管后阀门隔离效果的指标定量分析方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程为：管道j在关阀时间段T内的缺水量记为WS
j
(t,T)，其计算公式为：其中，N为管网中供水节点总数；G
i
(t)是指示函数，代表在时间步长t时管道j的隔离是否导致供水节点i缺水；是时间步长t时，供水节点i的设计需水量；是时间步长t时，管道j被隔离时，供水节点i的实际需水量；WS
j
(t,T)值越大，表明该管道被隔离后引发的供水管网水资源短缺情况越严重；隔离区内的缺水量大小，记为IW
j
(t,T)，具体计算公式为:其中，是隔离区集合中管道两端节点的集合，不含重复节点；隔离区缺水量占总缺水量的比例IW
j
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，郑元格，申屠华斌，郑飞飞，吴小刚，齐淑娴，陈俊逸，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：