供水管网水力模型不确定性解析法及应用

供水管网的水力模型被广泛应用于工程设计、管网水力水质分析、管网优化运行等领域。然而,管网模型的管道粗糙系数、节点需水量等运行参数常包含一定的误差,与管网实际运行状况不完全相符。因此,管网模型的输出结果,如节点水压、管道流量等与真实情况之间存在偏差,具有一定的不确定性。传统的管网模型不确定性分析方法计算量较大,难以满足实时模拟的需求。结合一阶二次矩法与管网雅克比矩阵的解析式,提出了管网模型不确定性的解析计算方法,并在实际管网中证实了该方法的有效性。结果表明该解析法可准确、快速地计算水力模型结果的协方差矩阵及置信区间,为决策者提供更为充分、可靠的信息。     

节点流量和水损系数的不确定性对供水管网水力特性的影响

供水管网的节点用水量和水损系数具有明显的不确定性,为研究节点用水量和水损系数的不确定性对供水管网水力特性的影响,提出了在假定他们的随机变化服从正态分布的条件下,采用蒙特卡罗随机抽样法,对所获的每组节点用水量和水损系数的抽样值,应用稳态的水力模型计算相应的节点测压管水头和管段流量,得出节点测压管水头和管段流量的统计值的计算方法。文中给出了该算法在两管网中的应用。     

供水管网校核模型参数估计与求解方法的研究

研究和分析了在建立管网模型以及随后进行校核中主要考虑的重要参数海澄-威廉阻力系数C值和节点流量q值,对于其初始值的获取提供了一种切实可行的办法。随后建立了管网校核模型及其约束条件,并对如何求解该模型进行了研究。对于目前众多的校核模型求解算法,结合混沌优化算法(Chaos optimal algorithm)、遗传算法(GA)和DFP变尺度算法的优点,形成一种CGA DFP混合优化算法,并将其引入管网模型校核中,经实际管网试算取得了较好的效果。     

某采油厂注水管网水力仿真模拟

油田注水管网的水力计算分析对管网改造、扩建,校核管网各节点压力数值、管段流量分配情况、管道摩阻系数,进行能耗分析,确保管网系统正常运行具有重要的意义。根据某采油厂环枝状注水管网的特点,采用节点法原理,建立了环枝状管网水力计算模型,并提出了改进的边界条件处理方法,此模型具有较强适应性,能满足环状、枝状以及环枝状管网不同边界条件下的水力计算需求,且计算速度快。根据此模型编制水力计算仿真软件并应用于某采油厂注水管网,与现场实际数据对比后得出配水间压力计算平均误差为2.98%,注水站流量计算平均误差为3.32%,计算结果表明该模型能满足工程需要。     

基于SWMM的城市社区尺度管网排水模拟——以福州市某排水小区为例[H

基于福州市晋安区某典型居民区实测的管道液位数据，利用遗传算法对SWMM（storm water management model）参数进行优化率定，并利用Morris法对影响产汇流计算的主要参数敏感性进行分析。在此基础上，利用不同重现期的降雨驱动模型，比较分析在不同情景下小区排水管网的排水能力。结果表明：基于遗传算法对研究小区SWMM的参数率定取得了较好的效果，模型参数的拟合度较高；20180531场次降雨计算得到纳什效率系数0.82，20180620场次降雨计算得到纳什效率系数为0.81，实测最大水位、峰现时间等参数误差均在2%以内。通过对参数进行Morris敏感性分析，该居民小区SWMM的最大下渗率、最小下渗率、衰减系数以及管道糙率是比较敏感的模型参数。在不同重现期降雨情景下对排水管网排水能力分析可知，在降雨历时增加时，流量、节点平均超载时长、节点溢流数、满管时间等指标受降雨重现期的影响较大，节点超载数、满流管道数受降雨历时影响相对较小。研究结果可以为城市社区尺度下的管网排水系统模拟及评估提供一定的借鉴。     

采用虚拟监测点的供水管网水力模型优化校核

供水管网水力模型参数优化校核过程中,由于监测点个数少于待校核参数的数量,校核后的模型参数存在"异参同效"的问题,也可能导致部分优化后的参数取值脱离其物理意义.而在建成区的管网中增设大量监测点难度较大,为解决管网水力模型应用中的这个实际问题,提出根据实际监测点数据预测非监测节点的压力,并将被预测的节点作为虚拟监测点的方法,以增加模型校核问题中的边界条件.应用案例分析结果表明,提出的基于灵敏度分析法改进的GRNN-PSO混合方法在保证校核精度的同时还提高了校核效率,为供水管网水力模型优化校核的应用提供了新思路.     

管道水流的水头损失系数

管道的水头损失直接影响水管和水泵尺寸的确定,也就是管网的水力平衡。所有沿程水头损失计算公式,在估算水管内壁糙率时都有误差。对于一定材料一定管径和流量的管道的阻力系数,不同的方程式可以估算出不同的沿程水头损失。在复杂管道网络系统中,方程式或系数的小误差的累积,使各个管子水头损失或流量的计算值产生较大的误差。本文提出了三个广泛应用于管道摩阻方程摩阻系数有关的解决水头损失计算误差的数学关系式和诺模图。对象聚氯乙烯和铸铁管道来说,用Hazen—Willians(H—W)和Manning(Mn)公式得的水头损失与Darcy—Weisbach(D—W)得的水头损失相同。还介绍了摩阻系数随直径和水流条件而变化的情况,并讨论了运用计算机计算变化的沿程损失系数问题。     

高浓度管道输沙中沿程阻力系数影响因素分析

采用Ⅱ定理推导了表征阻力系数的无量纲数的关系式,并利用管道压力、流量、含沙量等试验数据对高含沙水流阻力特性进行分析,结果表明:①管道沿程阻力系数受管道流量、含沙量及泥沙颗粒组成等单一因素的影响不明显,受γmd5 50/Q2S、vmd60/Q、△/d50、D/d50等综合因子的影响较显著,影响最显著的为综合因子γmd5 50/Q2S;②管道沿程阻力系数λ与γmd5 50/Q2S、vmd60/Q、△/d50、D/d50等综合因子之间存在较好的相关性.     

水稻灌区低压输配水管道田间出水管设计参数分析

本文针对寒地水稻灌区低压管道输配水技术应用中出水管口设计参数依据不足问题,根据生产实际状况与标准化灌区工程建设需求,采用水力学试验与统计分析相结合的方法,进行了末级出水口管径定型和水头与流量关系试验。结果表明,标准化灌区水稻格田低压管网出水管管径宜选用150~200 mm,管道浅埋时195 mm内径的出水管流量系数为0.657。     

平原地区低压管道输水灌溉管网优化设计

本文以淮安地区水稻作物低压管道灌溉设计为研究方向,重点阐述管道输水灌溉管网优化设计方法,以管网年费用最小为目标,建立管道输水灌溉管网优化设计模型,并采用界限流量法求解,推导出相邻管径的界限流量的计算公式,从而优化管径,对合理配套机泵、管道,减少工程投资、降低运行费用,持久发挥管灌工程效益具有重要意义。     

用“毕托管”测定给水管道的流量和粗糙系数

在整个给水系统中,了解和掌握管网中管道运行情况,是搞好管网管理、合理供水,提高水厂运行效率的重要环节。如果简单套用有关水力计算表格和设计手册中的数据,往往不能确切反映管道运行的实际情况。因此,要取得满意的经济效益,必须正确测定和掌握管道中的流量、流向、粗糙系数等水力情况。     

基于三角模糊数的贝叶斯供水管网评价模型改进及其应用

研究提出科学、实用的方法对城市供水管网健康状态进行评价,对于城市供水管网系统的维护更新和健康稳定具有重要意义。针对基于三角模糊数的贝叶斯供水管网评价模型中权重确定方法单一、管道健康等级确定方法不确定性较大的不足,对其进行改进:采用变异系数法和模糊层次分析法(FAHP)计算综合权重,通过计算综合得分判定管道健康等级。将改进后的模型应用于浙江省云和县供水管网健康状态评价,结果表明:53%的管道健康等级为Ⅰ级,44%的管道健康等级为Ⅱ级,3%的管道健康等级为Ⅲ级,现阶段中没有处于等级Ⅳ的管道,与传统的三角模糊数的贝叶斯供水管网评价模型相比,在表达模型结构和模型参数不确定性方面具有更明显的优势,所评价结果更符合实际情况。     

井灌区管网优化计算模型的改进

本文针对我国北方井灌区管道输水技术的特点，通过引进叠加流量、流量折算系数和虚拟压力调节器改进了管网系统优化计算模型，从而实现了井灌区单井复杂管网系统的更为适用的优化设计     

南水北调中线天津段泵站输水方案水击等效管计算方法

通过研究了解水击条件下k条特性相同管道并联的等效计算模型，在特征线法的基础上，导出了用一条等效管代替并联管道的等效模型：等效管的直径和沿程阻力系数分别是实际管道直径和沿程阻力系数的√k倍，等效管的长度和水击波速等于任一实际管道的水击波速和长度；等效泵的机组惯性时间常数、扬程、出口阀门特性与实际泵相同，等效泵的Suter变换流量、力矩特性与实际泵相同，但等效泵的流量等于并联各泵流量之和。     

小流域水环境模型中单参数不确定性对多变量模拟结果的影响

以北京密云水库上游曹家路小流域为实例,建立了水环境模型,采用实测数据进行参数率定和模型验证;通过敏感性分析,选择上层出流系数,分析了该参数不确定性对流量(Q)和总无机氮(TIN)模拟结果的影响,并建立了联合隶属度函数。最后采用α-剪切方法,研究了不同剪切水平下Q和TIN模拟结果的综合安全度和综合不确定性区间的变化,结果表明:当α在0.45附近时,时间序列模拟结果和峰值模拟结果的综合安全度与可靠度达到最优,并给出了最优情况下Q和TIN的模拟结果及安全区间。     

排水管道淤积状况模拟分析

针对排水管道中沉积物淤积状况判断的实际需求,利用上下游检查井的水位测试,并借助排水管网水力模型,可判断管道淤积状况。通过分析淤积特征,提出水位相对变化指标概念;构建小型案例,从管道淤积平均断面面积和淤积平均长度、管长、管径、坡度、流量、管道粗糙系数7个方面分析其对上下游检查井水位的影响。模拟结果表明,开泵后淤积管道上下游水位差变化比无淤积管道明显;淤积平均断面积和淤积平均长度均对管道上下游水位差具有影响;管道淤积程度越大,水位相对变化指标K值越大;当K≥2时,则可判断管道存在淤积,淤积面积为30%以上。     

不同直径比管道车运移时的水力特性

筒装料管道水力输送作为一种新型管道水力输送技术,通过在料筒两端分别安装带有万向滚珠的支撑,成功解决了料筒在管道中的悬浮问题并降低了磨损。以直径比为0.5、0.6、0.7、0.8的管道车为研究对象进行试验分析。结果表明:对于既定的管道,流量存在一个阈值Q_中,当流量小于阈值时,管道车的平均速度随直径比的增大而增大,当流量大于阈值时,随着直径比的增大,管道车的平均速度表现为先减小后增大的变化趋势,在直径比为0.6左右时,管道车的平均速度最小;管道车在载荷、流量、车长和导流条安放角等参数一定的条件下,随着直径比的增大,总能耗表现为先减小后增大的趋势,总能耗最小值出现在直径比为0.6的工况附近。     

基于元模型的供水系统节点压力实时估算的应用分析

供水系统运行分析计算模型的开发需要校准管道粗糙度和其他参数.不合适的参数会导致解决方案不准确,导致计算模型作为决策工具的适用性降低.通过基于人工神经网络的元模型,来估计管网所有节点的压力.该方法旨在增加有效的压力数据,降低校准难度.模型利用计量区域的入口流量和一些节点监测的压力数据作为人工神经网络的输入数据,得出未被监...     

污水管网模拟模型节点平均流量的估算方法

建立排水管网模拟模型是城市排水实现科学化管理的一个重要手段。作为污水管网建模的基础部分,研究了污水管网节点平均流量估算的间接求解方法,即根据用水量推求污水量。该法包括污水排放系数的确定和节点服务区域属性值的计算两部分。污水排放系数根据生活用水量结构确定;在城市排水管网GIS平台上可以估算节点服务区域属性,如人口、面积(平面面积和建筑面积)等。     

小流域水环境模型中单参数不确定性对多变量模拟结果的影响

以北京密云水库上游曹家路小流域为实例，建立了水环境模型，采用实测数据进行参数率定和模型验证；通过敏感性分析，选择上层出流系数（UZK），分析了该参数不确定性对流量（Q）和总无机氮（TIN）模拟结果的影响，建立联合隶属度函数。采用-剪切方法，研究不同剪切水平下流量和总无机氮模拟结果的综合安全度和综合不确定性区间的变化，发现当在0.45附近时，时间序列模拟结果和峰值模拟结果的综合安全度与可靠度达到最优，并给出了最优情况下Q和TIN的模拟结果及安全区间。