供水管网突发污染试验模拟及污染源定位研究

以供水管网模拟系统为试验平台,采用多点投加高浓度次氯酸钠溶液模拟污染物扩散的方法进行了试验研究与理论分析．通过实测监测点污染信息,利用改进的模拟一优化反追踪模型进行污染源定位并分析管网拓扑结构等影响因素对模型效率及准确率的影响．研究表明,在影响因素合理表达条件下,可以实现模型的高准确率．     

行为规划和浓度梯度法联合的河道污染源追踪定位方法

面向河道突发污染源追踪定位需求,提出一种联合使用行为规划法和浓度梯度法的河道污染源追踪定位方法.设计2个模拟实验方案进行追踪搜索效果的分析与验证.利用河道污染物二维扩散模型仿真计算某河道污染物扩散数据,模拟移动监测小船对不同污染源位置的追踪路径和定位情况,对比分析了单一方法和联合方法在障碍物约束条件追踪搜索步数、路程、污染源定位精度等方面的优缺点.借助自主研发的小型移动式水质监测平台,进行避障算法和污染源追踪实验,验证结果表明,相比已有方法,所提方法更适用于复杂条件,且搜索效率更高.     

基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位

为有效减少城市供水管网漏失,快速、准确确定漏失点的位置及漏失水量,进而实现管网漏失的实时诊断,提出了基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位方法.在构建基于反问题分析的微观基础水力模型的基础上,通过对管网漏失量与压力变化的相关性分析,以漏失点所在管网中的位置及漏失点相应的漏失水量为变量,以漏失发生时管网压力监测点的监测值与模拟值的差值最小为目标,建立了基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位模型.通过3种工况下的漏失模拟计算,结果表明:所建立的反问题漏失定位模型可以有效地定位漏失点并优化预测漏失水量,可合理高效地制定漏失点检测与定位方案.     

区域供水管网盲源分离漏失量研究

目前,国际上对漏失量化理论研究较少,建立的管网漏失模型多为估算反推微观模型,未能求出供水管网整体精确的物理漏失水量,无法对供水管网漏失现状进行评价,为此,基于供水管网漏失专用实验平台进行不同用户、不同漏点、不同特性管网的漏失模拟,并将盲源分离理论应用到供水管网漏失分离中,对实验管网获取的在线监控数据用快速独立分量分析算法(Fast ICA)进行处理,成功分离出漏失量.为供水行业制定有针对性的供水管理及技术措施,降低漏失量、提高管网控漏水平提供依据.     

基于改进GRU的城市供水管网流量预测研究

城市供水管网随着城市规模的扩大和人口的增加等因素的变化而越来越复杂,供水管网的流量预测在管网的优化调度工作中发挥了有效作用。本文通过分析某城市供水管网系统的多个监测节点的流量数据,以类似局部加权线性回归的方法优化 GRU 算法,构建了基于多监测节点的流量预测模型,提高了模型的泛化能力。利用该市供水管网监测平台采集的监测节点流量数据进行验证,实验的结果表明,基于改进的 GRU 流量预测模型有着较好的预测精度。     

考虑阀门布局的供水管网抗震服务性评估与关键管道识别

评估地震后供水管网的服务能力并确定关键管道,对优化维修计划、提高灾害应对能力和提升服务水平至关重要.目前,多数研究未考虑真实阀门布局的影响.鉴于此,本文开展考虑阀门布局的供水管网抗震服务性评估及关键管道识别研究.对给定地震烈度下的供水管网震损场景进行蒙特卡洛模拟,并采用最短路径矩阵算法形成关阀方案;调用EPANET2.2低压水力计算模块实现考虑关阀场景的供水管网抗震性能评估;提出基于条件修复指数的关键管道识别方法,将所提出的算法应用于云南某古城镇供水管网.结果表明：若不考虑阀门布局影响,评估供水管网的服务指数最大偏差超过50%;阀门密度提高2倍,供水管网系统服务指数、节点服务指数均有不同程度的提高,其中系统服务指数提高33%;在用户需水量和管网拓扑结构不变的情况下,关键管道识别结果不受地震烈度变化的影响.     

城市供水管网仿真模拟分析平台的开发与应用

针对人们对城市供水安全性要求日益提高、供水系统的规模不断扩大、复杂性随之提高等问题,对城市供水管网仿真建模与软件开发技术进行了系统研究．首先,对供水管网参数测试分析技术进行研究,较为准确地掌握了整个供水管网的用水量负荷、用户用水模式及变化规律、压力分布规律及主要供水管段的实际过流能力等状况,建立供水管网仿真模拟数据库．在此基础上,以供水管网科学合理运行、保障供水水质等为目标,结合供水管网在线监测技术,以某城市开放式区域供水管网为例,建立了该区域供水管网微观水力模型,并开发了城市供水管网仿真模拟分析平台．该平台具有良好的扩展性及实用性,目前正在某城市进行应用．     

管网水质多指标动态关联异常检测方法

为了提高城市供水管网水质监测系统的污染检测能力,利用污染物所引起多个指标变化之间的关联特性,提出基于多常规水质指标动态关联分析的水质异常检测方法.应用动态时间规整算法(DTW)衡量多个常规水质指标时间序列间的动态距离,刻画各指标波动的相似程度和动态关联特性.利用D-S证据理论融合各指标单独的异常概率,将融合后得到的供水管网水质异常概率与所设定的多指标融合异常概率阈值进行比较,作出当前时刻水质是否存在水质异常的综合判断.依托课题组模拟供水管网实验系统,设计不同浓度的硫酸铜和铁氰化钾污染物的注入实验,利用在线监测的pH值、浊度、余氯、溶解氧等8种常规水质指标进行动态关联分析和水质异常检测,方法的可行性和异常检测性能通过受试者工作特征曲线(ROC)进行验证.     

船舶海水冷却管网分区供水研究

船舶海水冷却管网不仅需要准确分配管网流量,而且更需要节能。针对某船舶海水冷却管网系统,进行了分区供水研究。在流量分区的基础上,综合考虑压力、结构等因素优化了船舶海水冷却管网分区供水方案。通过理论分析和实验研究,在满足变工况运行时海水用户所需额定流量的前提下,优化分区方案相比经验分区方案具有更低的能耗。该研究对于船舶海水冷却管网分区供水设计具有理论指导意义。     

基于管线对偶图模型的供水管网可靠性分析

为了利用复杂网络理论对供水管网进行结构测度和鲁棒性分析,提出一个新的管网模型——管线对偶图模型.该模型将顺序相连、无大角度转折的同口径同材质管段序列看作统一实体,即管线.将管线抽象为节点,两相交管线对应的节点用边相连,由此形成的无向图即为管线对偶图.使用这一模型对3个城市的供水管网进行结构测度,结果显示,管线对偶图具有明显的无标度特性.利用无标度网络鲁棒性分析方法中的模拟攻击方法,使用3种攻击策略进行实验.结果表明,管网在不同攻击策略下结构变化规律呈现较强的相似性,都会经过初始期、分裂期和崩溃期3个阶段;不同的攻击策略下供水管网进入分裂期和崩溃期的进程差异明显;基于节点度的攻击策略对管网的影响最大,基于节点介数中心性其次,随机攻击对管网的影响最小,高度连接的管线是供水管网中关键和脆弱的部分.对结构测度和模拟攻击的结果进行分析,发现谱隙和进入分裂期的去点率可作为衡量供水管网可靠性的重要指标.针对管线对偶图模型提出的可靠性分析方法可以用于指导供水管网的设计和运维.     

基于可靠性的给水管网传感器多目标选址

针对蓄意污染事件下给水管网传感器优化选址问题,提出了以污染事件监测比例最大化、污染事件监测时间期望值最小化和选址方案可靠性最大化为设计目标的多目标优化选址模型. 结合一管网算例,利用EPANET2模拟污染入侵后管网结点的污染物浓度时间序列,通过蒙特卡洛方法获取污染事件监测时间矩阵;应用基于整数编码的非支配排序遗传算法-II (NSGA-II)求解该模型,给出了设计目标间的Pareto前沿面并对参数敏感性做了分析. 结果表明,传感器预算数目与可靠性时间标准对传感器选址结果有着显著影响. 提出的模型可用于对给水管网传感器选址问题的多个竞争目标进行权衡分析．     

非线性方法在矿井突水水源判别中的应用研究

给出了灰色关联分析及BP神经网络进行判别分析的数学原理和模型．为了有效判别矿井突水水源，基于水化学指标对水源判别的重要性，选择K^＋＋Na^＋，Ca^2＋，Mg^2＋，Cl^-，SO4^2＋，HCO3^-这6项指标作为评价因子．利用峰峰矿业集团梧桐庄煤矿若干水样进行模糊聚类分析，建立含水层评判标准；选取12个典型样本作为训练样本对BP网络进行训练；用2种方法对3个典型水样进行水源判别，并与实际突水水源进行对比．结果表明：BP神经网络与灰色关联分析均能有效判别矿井突水水源，但各有其优缺点，选择何种判别方法可视水化学资料状况而定．     

雷电探测网中误差分析及相关时间同步问题研究

目前我国的雷电探测定位系统的定位精度一般是1 km以内,其原因主要是在雷电探测过程中涉及诸多因素,这些因素最终给雷电探测带来大小不同、性质各异的误差,从而使雷电定位结果中含有较大误差。尽管我国的地闪探测采用的是综合法,但其基础还是到达时间法,本文针对这种状况,对到达时间法雷电探测技术探测误差进行了分析,提出了相关误差的改正计算公式和改正方法,并通过试验,对我国雷电探测站时间同步的精度进行分析和验证。     

许昌市麦岭应急备用水源地人工补给研究

麦岭水源地在枯水期(年)由于干旱少雨,降水补给少,水源地开采量增加,特别是农业灌溉开采量很大,会引起水源地浅、深层地下水位持续大幅度下降,影响城市供水安全。因此,必须引水补源,保证城市供水安全。本文通过对麦岭水源地水文地质条件的分析,结合水源地水源充沛,河流渠系发达,坑塘较多,含水层储存量大等有利条件,开展了双环渗水试验、浅井注水试验、渗坑注水试验、农田灌溉试验等人工补源试验研究。结果表明,在水源地开展人工补给对地下水持续开发利用具有重要意义。     

光纤声发射源定位实验平台的研究与实现

为了研究固体中声发射源定位问题,开发了一套成本低廉,适用范围广,检测灵敏度高的声发射源定位实验系统.采用Sagnac光纤干涉仪作为点传感器构成传感阵列,给出了Sagnac光纤干涉仪超声检测及声源定位的原理;光纤传感器布置在矩形钢板上构成阵列,用模拟声源激励钢板上的任意位置,基于单片机的数据采集电路将四路声发射信号发送给计算机,计算机通过VB编写的软件平台对四路信号进行解调处理.根据四路信号的时间差得到声源的位置,并采用时差修正法提高了定位精度.结果表明,此系统利用光纤传感器实现了钢板中声发射源的定位,为材料结构健康检测与监控的研究提供了一种新的方法.     

Rapid identification of single constant contaminant source by considering characteristics of real sensors

For the release of hazardous contaminant indoors, source identification is critical for developing effective response measures. A method which can quickly and accurately identify the position, emission rate, and release time of a single constant contaminant source by using real sensors was presented. The method was numerically demonstrated and validated by a case study of contaminant release in a three-dimensional office. The effects of the measurement errors and total sampling period of sensor on the performance of source identification were thoroughly studied. The results indicate that the adverse effects of the measurement errors can be mitigated by extending the total sampling period. For reaching a desirable accuracy of source identification, the total sampling period should exceed a certain threshold, which can be determined by repeatedly running the identification method until the results tend to be stable. The method presented can contribute to develop an onsite source identification system for protecting occupants from indoor releases.     

底部倒灌异重流运动特性试验研究

以三峡水库支流库湾广泛存在的倒灌异重流为背景,构建室内物理模型,以入流量、初始水位、温度差3个主要影响因子,设计系列工况对底部倒灌异重流运行特性进行模拟试验研究,分析异重流头部移动速度、交界面高度、头部厚度等主要水力学要素的变化过程及受入流量、初始水位、温度差的影响规律.研究表明底部倒灌异重流头部移动速度沿程呈线性递减,头部交界面沿程呈线性升高,头部厚度沿程呈线性递减.异重流运动稳定后,同一断面处,异重流头部速度随入流量、初始水位及温差的增加而增大,交界面高度随入流量及初始水位的增大而升高;异重流头部厚度受初始水位变化影响最敏感,随初始水位升高而增加.     

丰满大坝变形激光观测系统基准点变位的理论分析

大坝观测系统设置的基准点,在库水位变化等外界因素影响下将产生变形。不同位置的基准点,变形的数值是不同的,它对观测精度将产生不同程度影响。基准点位置不同又涉及到基准点设置本身的技术和经济问题。本文结合丰满大坝激光观测系统基准点布置,通过理论分析计算,对大坝两端坝头、地基连同部分坝体的变位情况获得清晰的概念。评价了现有激光观测系统布置对观测精度的影响,并为倒垂基准点的选择提供了理论依据。     

Acoustic emission source location method and experimental verification for structures containing unknown empty areas

Acoustic emission (AE) localization plays an important role in the prediction and control of potential hazardous sources in complex structures. However, existing location methods have less discussion on the presence of unknown empty areas. This paper proposes an AE source location method for structures containing unknown empty areas (SUEA). Firstly, this method identifies the shape, size, and location of empty areas in the unknown region by exciting the active AE sources and using the collected AE arrivals. Then, the unknown AE source can be located considering the identified empty areas. The lead break experiments were performed to verify the effectiveness and accuracy of the proposed method. Five specimens were selected containing empty areas with different positions, shapes, and sizes. Results show the average location accuracy of the SUEA increased by 78% compared to the results of the existing method. It can provide a more accurate solution for locating AE sources in complex structures containing unknown empty areas such as tunnels, bridges, railroads, and caves in practical engineering.