考虑漏失和用户用水的供水管网PDD模型构建及应用

管网的微观水力模型通常将所有水量依据管段的长度分配到各个节点.通过研究这种供水管网传统水力模型,针对该模型忽略节点流量类别直接将总漏失量平均分配到管网中的问题,将传统水力模型中的节点流量分为用户用水量和漏失水量,并运用改进的一致漏损模型将管段的漏失量按管段长度分配,构建漏失水量与压力之间的关系式,建立压力驱动节点的水力模型(PDD).模型形成后,根据实际测压点数据对模型进行校核,以达到模型校核标准.将该模型应用于Y市实际管网,根据Y市实际管网数据得到的平均漏失率,建立计算供水量与实际供水量的适应度函数,计算供水管网模型中的漏失系数,最终实现基于压力驱动节点流量的供水管网漏失模拟.结果表明,校核后的PDD模型与实际供水管网运行压力情况吻合良好,可以进行管网漏失控制研究及评估.     

基于云化物元模型的供水管网抗震服务功能评价

以震后供水管网的节点供水压力和流量作为供水管网抗震服务功能综合评价的指标体系,针对供水管网抗震服务功能评价中存在不确定性的特点,全面考虑节点压力和流量抗震服务功能分级边界信息的随机性和模糊性,结合云模型的不确定推理特性和可拓学的物元理论兼具定性、定量分析的优点,提出了基于云化物元耦合模型的供水管网抗震服务功能评价方法.该方法通过云模型表达物元的事物特征值,建立标准云物元与计算特征云物元之间的关联函数,采用模糊等级特征值实现对供水管网抗震服务功能等级的判别.算例分析验证了该方法的优越性和有效性.     

地震导致渗漏的供水管网水力模拟

为研究地震导致渗漏的供水管网的水力特性,引入日本水道协会提出的震害计算式,改进地震导致的供水管网渗漏的计算方法,构建地震导致渗漏的供水管网水力模型。提出适用于低压供水管网“分步迭代”的水力计算方法,实现对不同地震烈度下供水管网的漏损量、节点压力及流量的定量分析。基于EPANET软件,对举例供水管网应用所构建的模型和“分步迭代”水力计算方法,预测了其在不同地震烈度下的水力状态。预测结果表明,构建的模型能合理描述震损管网的水力特性,所提出的方法能避免水力计算时迭代的发散、提高迭代的收敛速度,并可直接应用现有商业软件求解。     

城市供水管网抗震可靠性评估的随机模拟方法

在进行管网抗震可靠性评估时,现有方法大多采用相同方式进行管道的渗漏与爆管水力模拟,这会导致管网水力模拟及可靠性评估结果的不准确。考虑到地震时管道破损具有很大的随机性,对城市供水管网抗震可靠性评估的随机模拟方法进行研究。应用蒙特卡洛模拟产生管网震损场景,用泊松随机数与均匀随机数判定管道工作状态,用正态随机数确定管道渗漏系数;利用EPANET软件中喷嘴及管道关闭功能实现管道渗漏及爆管等效模拟,提出将长管道分段并应用"分步迭代"法求解低压管网水力方程,提高震损管网水力模拟精度。以震损场景下节点流量统计平均值与正常时节点流量的比值作为可靠度指标,分别采用所提出算法及GIRAFFE软件对云南某古镇供水管网在VⅢ、IV烈度时抗震可靠性进行评估,评估结果证明了所提出算法的可行性。评估结果还表明,除地震烈度外,管网本身水力条件对供水可靠性影响较大,管网末端、支管服务区域及地势较高区域供水可靠性远低于干管服务区。     

基于分区模型的城市供水管网压力监测点布置

为掌握整个城市供水管网的压力分布情况,提出基于供水管网分区模型的压力监测点布置方法．首先采用欧氏距离度量供水管网中任意两两节点在一个运行周期内水压波动的相似度;然后按照给定的分区内最大允许欧氏距离限定要求,依次对每根管段上两个端节点的子区归属进行判断,从而实现对管网的分区;最后在各子区内选择一个最能代表本子区节点水压波动情况的节点作为压力监测点．将该分区布置模型应用于东北某市开发区的供水管网,分区结果表明,各子区内的所有节点是连通的,任意两两节点间的欧氏距离均在给定的最大允许值范围内,并且不同的最大允许欧氏距离形成不同精度的分区方案．在各子区内布置一个压力监测点,当压力监测点布置数目为4时,平均相对误差为4.53％,此时基本能反映供水管网的压力分布情况.     

基于分区计量系统的供水管网模型流量分配方法研究

节点流量作为供水管网建模的重要参数,其分配结果直接影响供水模型准确性。针对目前常规节点流量分配方法准确性不足及工作强度大的问题,提出了基于分区计量系统的供水管网节点流量分配方法。该分配方法中的节点流量是居民用户节点流量、其他工商户节点流量和产销差节点流量之和。居民节点流量通过DMA边界五级表数据确定;其他工商户节点流量通过终端六级远传表数据确定;产销差节点流量,以二级分区为单位,在区域内沿线流量均分后折算。该方法运用于H市供水管网水力建模项目,模型校核结果：测压点水压的实测记录值与模拟值之差分别为100%≤(±4)mH₂O;85.83%≤(±2)mH₂O;55.18%≤(±1)mH₂O;23.15%≤(±0.5)mH₂O,提高了模型精度。     

塑料管材供水管网水力计算方法的探讨

根据塑料供水管网的水流特点及其水头损失计算公式，确定了塑料供水管网将沿线流量折算成节点流量的折算系数的取值，采用有限元法分析塑料管材供水管网的水力平衡计算数学模型，由各个管段的单元矩阵方程集合为供水管网的整体矩阵方程，通过引入节点水压边界条件并迭代求解管网整体矩阵方程一对称正定线性方程组，得出各项水力要素．给出了计算程序框图，编写了通用电算程序，经实例计算表明，该方法能够快捷准确地完成塑料供水管网的水力平衡计算，满足设计计算要求。     

结合夜间最小流量法的减压阀经济效益模型

为了对城市管道漏失进行有效控制,根据压力驱动漏失水力模型结合夜间最小流量法,确定管网节点的漏失系数,建立考虑压力引起漏失量的改良水力模型——减压阀经济效益模型.该模型使用遗传算法进行求解,以管道漏失量最小化为目标函数,以减压阀最大安装数量、节点压力流量方程、最大允许漏失率为约束条件,求出减压阀安装数量及安装位置,再从所有可行解里面选择一组花费最小的解作为最优解.并以HJ分区为例详细讨论减压阀经济效益模型的求解过程,对实际的管道漏失控制具有指导意义.     

考虑参数相关性的给水管网模型不确定性分析

给水管网运行环境的随机性与复杂性,导致管网水力模型参数存在不确定性.为分析模型参数的不确定性对模拟结果的影响,基于Monte Carlo随机模拟方法,提出考虑参数相关性的给水管网模型不确定性分析方法.将存在相关性的参数视为具有一定相关系数的随机变量,在Monte Carlo随机抽样阶段,先进行独立正态随机数抽样;当计算随机样本对应的管网模型结果时,通过逆-正交变换和逆-Nataf变换,把独立正态随机数转换为相关随机数,将相关随机数作为管网模型参数值进行水力计算.以管道摩阻系数的相关性和不确定性对模型计算结果中的节点压力和管道流量的影响为重点进行探讨.算例分析结果表明,管道摩阻系数的相关性对不确定性分析结果有显著的影响,考虑相关性与不考虑相关性的计算结果相比,节点压力、管道流量的平均波动值相差比率分别可达70%和60%以上.所以,在给水管网模型的不确定性分析中应该考虑模型参数间的相关性问题.     

给水管网管道摩阻校正方法研究

为了提高给水管网管道摩阻系数校正的稳定性和惟一性，提出了新的摩阻校正方法.当节点流量已知时，分析节点压力受管道摩阻变化影响的敏感度矩阵，在敏感度较大的节点上收集校正数据；对大敏感度管道单独校正、对其他管道进行分组校正，从而减少了校正变量的个数；模拟管网的多工况运行，收集足够多的校正数据；将管道摩阻系数的经验估计值引入到蚁群算法的优化计算过程中，提高优化计算的收敛速度.算例分析表明，采用上述方法校正的给水管网水力模型在实际应用中得到的节点压力值与实际节点压力值更为匹配.     

考虑天气因素的给水管道漏损预测模型

天气变化引起土壤含水率变化和变形等,导致气温变化与市政给水管道的破损事件存在相关性.为此,基于北方某城市给水管网破损事件数据和气温记录,分析不同的天气因素量化指标与管道破损事件的相关性.采用误差反向传播神经网络(BPNN)和基因表达式编程(GEP)方法,建立考虑天气因素的给水管道漏损预测模型.根据案例城市过去11年的市...     

火电厂补给水系统气囊式空气罐水锤防护特性研究

针对补给水系统并联水泵、出口阀门以及气囊式空气罐等建立数学模型,模拟了事故断电停泵后的瞬态过程.计算表明:补给水泵出口附近装设气囊式空气罐后,提高了长距离管道中的最小水锤压力,能有效避免凸起部分出现负压及水柱分离.通过计算设定出气囊式空气罐的总容积及气囊初始体积等参数.由于水泵发生倒流的时间明显提前,出口阀门关闭规律宜相应调整.结合气囊式空气罐和出口阀门进行优化整定,可使补给水系统免遭水锤压力的破坏.     

热水集中供热管网泄漏故障诊断模型

为了降低热水集中供热管网泄漏故障率及提高故障点检测效率,应用网络图论理论,建立管网节点泄漏水力工况计算模型。该模型采用供热管网平面拓扑结构,能够对管网节点泄漏工况进行模拟与预测。针对模拟管网水泵定扬程运行方式,分析供回水干管不同泄漏节点、不同泄漏量对管网水力工况的影响。结果发现：供水干管发生泄漏,会导致用户压差及流量减小;而回水干管发生泄漏,则增大。无论供水或回水干管,泄漏点之前各用户离泄漏点越近,变化程度越大;泄漏点之后各用户变化程度相同,且均大于泄漏点之前各用户。     

供水管网地震漏损蒙特卡洛模拟分析

为研究供水管网在不同地震烈度下的漏损情况和水力特性,基于管道地震破坏评估模型和概率分析方法,对不同地震烈度下管线的破坏概率和渗漏状态进行了计算分析,引入折减系数对管段抗震可靠度分析方法进行改进,并与传统计算方法比较,验证了其合理性。发展了Monte Carlo模拟技术在供水管网流分析方面的应用,并考虑带渗漏和爆管两种出流方式。编制程序对一大型管网进行了模拟分析,给出了震后带漏损情况下管网的漏失率和破坏情况,结果与实际地震灾害情况相符。     

运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准. 研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.     

地震破坏供水管网低压水力分析

供水管网遭受地震破坏后会产生渗漏和爆管,在震后的紧急救援和修复阶期,供水管网处于低压带漏损供水状态。根据断开管段的沿程水头损失关系,提出一种在断开管段端点附加扩散器模型模拟断开点漏水,简化了断开管段的建模方法;将压力决定的节点配水量模型加入到水力分析中,避开了低压管网水力分析中的节点负压问题;利用线性搜索与回溯算法控制管网节点非线性方程组的迭代步长,确保了管网低压水力分析的全局收敛性。此方法具有建模简单,计算量小,全局收敛速度快的特点;通过示例计算及结果比较,验证了其有效性。     

巷道底板承压水突水评价方法研究

华北石炭二叠纪聚煤区是中国最重要的煤炭生产基地,区内众多煤矿皆受煤系底部奥陶系灰岩承压水威胁。针对当前煤矿巷道底板承压水突水评价方法存在的局限和不足,探索研究巷道底板承压水突水评价方法。现行评价方法岩梁法的理论计算前提主要包括：底板隔水层简化为两端固支梁;在岩梁弯矩最大处,底板隔水岩层承受的拉应力超过抗拉强度,岩层拉裂破坏;忽略孔隙水压力对岩石破坏的影响,计算隔水层厚度时抗拉强度取底板隔水层的平均值。事故数据及研究分析表明岩梁法计算假设存在不合理之处,与实际工况有较大偏差。基于对常见矩形巷道围岩应力分布特征的分析,结合巷道实际工况,摒弃底板隔水岩层弯拉破坏模式,提出隔水岩层剪切破坏模式,建立巷道底板承压水突水破坏岩柱模型;基于所建立的岩柱模型,利用极限平衡理论,综合考虑孔隙水压力对岩石破坏的影响,推导底板隔水层承受最大水压的计算评价方法。结果表明：最大水压与隔水层厚度、隔水层平均容重、抗剪强度参数、孔隙水压力系数和巷道宽度直接相关,最大水压与隔水层厚度呈指数函数关系。文中所提评价方法的计算结果与实测吻合,证明该方法合理有效。所提方法也能为地下工程其他专业领域类似的承压水突水问题研究提供借鉴。     

供水系统直接优化调度遗传算法求解模型研究

针对目前我国完全采用微观模型的方法难以满足供水系统优化调度的要求的现实，以测压点压力
宏观模型、水源供水量和水源供水水头之间的关系模型替代复杂的管网水力平衡方程，并以每一泵站每
时段应有水泵运行求得的出水量和管网求得的需水量相等的条件,建立了大型供水系统的多目标混合离散
变量的直接优化调度模型.利用遗传算法对直接优化调度模型进行求解，提出了对各种约束条件处理的方
法;针对遗传算法容易早熟等的不足，提出将遗传算法和模拟退火技术相结合，并采用自适应交叉和变异
率的解决方法.算例计算表明，该算法具有较强的适用性.     

给水管网测压点的一种优化布置方法

在对给水管网进行水力模拟时,要求测压点测得的压力具有代表性. 提出了用图论理论对给水管网测压点进行优化布置的方法,并编制算法程序,对某市实际管网进行布置后,区域内测压点与其它节点压差最大为4.43 m,比原来12.05 m减少7.62 m. 结果表明该方法布置的测压点代表性强,该方法精度较高,比较适用.     

段塞流从单管流入并联分离器的分流实验研究

为了研究油气集输系统中并联分离器出现的气液偏流现象,自主设计并搭建了气液两相流分流实验系统。该实验系统中采用数据采集系统对流量、压力、压降、液位、持液率等多种实验参数进行记录。设计了两种结构的气液分流管路,并在两种管路结构（水平管⁃T型管⁃水平管结构与水平管⁃T型管⁃立管⁃水平管结构）下进行了段塞流分流实验,分别研究了对称管路条件与非对称管路条件下的气液分流特性。实验结果表明,两种管路结构下,当管路条件对称时,在实验流速范围内,段塞流的气液两相等流量分配到两台并联分离器内;对于实验中的两种管路结构,分离器气相出口管路条件的不对称会引起气、液两相的偏流,且液相的偏流程度均小于气相。基于压降计算建立了非对称条件下气液两相流的分流模型,对气液流速对分流特性的影响进行了简单解释。