基于信號處理算法的供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型研究.pdf

1、供水管網(wǎng)漏損造成巨大的水資源浪費、降低了供水企業(yè)收益，而物理漏損又是漏損的主要部分，研究供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型，對于指導供水管網(wǎng)漏損控制、特別是合理評估壓力管理作用，有重要的理論意義與工程應用價值?，F(xiàn)階段，以指數(shù)類模型為代表的模型由于缺乏校核所需數(shù)據(jù)，在工程應用中效果并不理想。因此，如何用新的理論和方法豐富和完善供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型是供水管網(wǎng)漏損控制的重要研究內容。本文研究供水管網(wǎng)由局部到全局，借助于運行工況實驗，首先研究

2、單個漏點的漏損指數(shù)取值規(guī)律，進而采用信號處理算法建立了供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型。
　　通過實驗研究了漏點漏損穩(wěn)定性、漏點特性、管道粘彈性、出流條件對物理漏損的影響；通過承壓管道的應力分析，綜合分析漏點塑性形變與彈性形變，經過公式推導，建立了改進FAVAD模型，該模型中的參數(shù)物理意義明確，能有效指導漏損控制；針對同水頭下升壓過程比降壓過程物理漏損流量要小的實驗現(xiàn)象，提出了降-復壓漏損控制技術，建立了降-復壓漏損控制模型，并用粘彈

3、性理論對模型機理做了闡釋。綜合實驗研究及模型分析，漏損指數(shù)取值規(guī)律為：圓形、矩形、弧形漏口為0.5~0.6；軸向裂縫為0.5~2.5，環(huán)向裂縫為0.5~1.5；對于軸向裂縫和不固定管道上的環(huán)向裂縫，管道內徑越大、管道壁厚越小、彈性模量越小，則漏損指數(shù)取值越大。物理漏損流量與水頭的關系是復雜的，由于漏損穩(wěn)定性、管道粘彈性，兩者具有不確定性。
　　將供水總流量劃分為用水流量和物理漏損流量，得出兩個分流量之間具有相關性的結論。論文綜合比

4、較盲源分離理論與濾波理論的適用性，選擇兩種理論下的三個信號處理算法：FastICA算法、CICA算法、Kalman濾波算法，分別建立了基于上述算法的三種供水管網(wǎng)物理漏損流量分析模型：FastICA模型、CICA模型、Kalman濾波模型，以實驗室供水管網(wǎng)漏損工況實驗所得數(shù)據(jù)進行模型校核，相似系數(shù)依次為：0.7834、0.9454、0.3351；綜合分析11個評價指標，三種模型中CICA模型性能最好。
　　所建CICA模型以供水管網(wǎng)

5、總流量和管網(wǎng)入口處自由水頭為輸入?yún)?shù)，并以輸入?yún)?shù)構建參考向量，利用了分區(qū)計量供水管網(wǎng)的實時水力參數(shù)，是對數(shù)據(jù)高階統(tǒng)計信息的挖據(jù)應用，很好地解決了物理漏損流量與水頭關系的復雜性和不確定性；經過論證，CICA模型的適用條件是供水總流量不服從高斯分布、或者即使供水總流量服從高斯分布但是管網(wǎng)入口處水頭不服從高斯分布時。針對CICA模型所得模擬量只提供波形信息，幅值大小具有不確定性的特點，依據(jù)流量平衡原理列出了求解用水流量標準差和物理漏損流量標

6、準差的二元一次超定方程組，研究了兩個未知量的等式約束和物理漏損流量標準差的取值范圍約束，實現(xiàn)了物理漏損流量真實幅值的還原。CICA模型的收斂性能良好，模型參數(shù)的優(yōu)化取值范圍寬泛。論文研究了針對幾類不同拓撲形式供水管網(wǎng)的模型應用方法，并在實驗室供水管網(wǎng)和實際供水管網(wǎng)中對模型進行驗證，結論如下：CICA模型在單水源供水管網(wǎng)中適用性能良好，平均模擬誤差小于5.0％。
　　論文研究了CICA模型與單漏點研究結論的耦合應用方法，其中單漏點研