专利名称：管网渗漏侦测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种渗漏侦测方法和装置，尤其涉及一种管网渗漏侦测方法和装置。
背景技术：
随着台湾缺水危机愈加频繁的出现，民众也越来越重视水资源的相关议题，根据 2002年监察院的专案调查研究报告显示，台湾地区自来水管线漏水率达25%，而淘汰率仅为0. 09%，台湾地区一年漏水量就高达八亿吨，相当于两座翡翠水库的水量。而自来水管线漏水的议题，在世界各地亦受到相当的重视。在英国，供水系统有 23%的漏水，而在美国老旧的都市管线，漏水率甚至可以会高达50%。为了降低管线渗漏所带来的损失与避免高额的操作维护成本，美国水资源工作协会(American Water Works Association)建议漏水量应在10%以内。但自来水管线的漏水是不可避免的，且大都会的自来水管线都埋在地下，若在未知漏水位置的情形下直接开挖，寻找漏水管线并予以更换，需要耗费的成本高昂。相反的， 若能通过渗漏侦测方法，先找出可能的漏水位置，再予以开挖更换，则可大幅降低自来水管线的维护成本。然而，实际上的管网渗漏是非常复杂的问题，常常需要考虑管网内大量的管线 (pipeline)、单元(component)以及不定时的操作改变(operation change)，因此近年来不断有各类型的渗漏侦测方法被提出，概括来说，根据各种渗漏侦测方法的特性，可分为三大类，包括第一大类为物理性侦测法(Physicalinspection)由受过训练的稽查人员，沿着管线检查不寻常的现象，如肉眼可见的裂缝，或异常的声音等等。此法若是应用在油管或瓦斯管，则可由受过训练的狗，通过溢散的气体味道来找寻管线破洞。这种方法相当普遍，但准确性不足，且过于依赖鉴定人员的经验，因此侦测结果通常不够稳定且易产生误判。第二大类为硬体装置侦测法(Hardware-based methods)利用特定的装置找出漏水的位置，典型的装置有声音感应器、压力转换器或可视装置等，但此方法需要较多的预算，成本较高。第三大类为计算模式监测法(Computational modeling monitoring)在经费或成本许可的状况下利用安装在管网内部的感应器来监测多个参数，如压力、流量、温度、压力降以及密度变化等参数，再将参数输入电脑，配合适当的模式，以逆推漏水的位置，甚至渗漏量，这些计算模式大致是以流量与压力的变化、流量的平衡、监测值与模式得到流量， 再将得到的流量与压力的差异或统计方法为基础进行模拟，在成本与其他条件许可的状况下，采用此方法会是较佳的选择，但实施这种方法仍需要投入大量的经费与人力。
发明内容
本发明提出一种管网渗漏侦测方法，通过将实际观测值与数值模拟结果进行比较，即可轻松掌握管网中的渗漏状况的渗漏侦测方法。
首先在实际观测值的获得部分，工程师先在管网的控制阀处制造一个瞬态事件， 如迅速关闭控制阀而产生水锤现象，接着记录在控制阀处水头随时间的变化关系作为观测值；然后在数值模拟(numerical simulation)部分，先将多条管线建成一个管网，再以 PNSA法求解管网中流场的稳态解(steady-statesolution)，然后将管网中的渗漏点假设为孔口流，接着对管网中的稳态流场施加一个外部扰动(external perturbation)如水锤 (water hammer)，使得压力波快速在管网中传递而产生瞬态(transient)流场，再以LDSA 法来寻找最佳的瞬态流场解，其中LDSA法是先以特性线法(MOC)来计算管网中流场的一个试误瞬态解，再通过模拟退火(simulated annealing)演算法来寻找最佳的瞬态流场解，进行模拟退火演算法时是以观测值作为最佳化的基准。 工程师通过在电脑上输入现场观测值，就可以模拟出管网的渗漏状况，进而轻松获知管网中的渗漏状况，还可进一步掌握管网中的渗漏状况，而实际观测值的取得也只需要测量水锤效应，相较于先前技术中需要投入大量的经费与人力的管网渗漏侦测，本发明提供了一种超低成本与非常轻松的管网渗漏侦测方法。本发明提供一种管网渗漏侦测方法，包括建立管网，该管网中具有渗漏与流场； 计算该流场的稳态解；对该流场施加扰动；以及根据该稳态解计算该施加扰动后流场的瞬态解，得到与该渗漏相关的渗漏信息。较佳地，所述方法还具有如下特点该管网系选包括节点、管线、漏水点和控制阀中至少一个。较佳地，所述方法还具有如下特点该流场受到扰动后，由稳态流场转换为瞬态流场。较佳地，所述方法还具有如下特点该扰动为快速关闭该控制阀后产生的水锤。较佳地，所述方法还具有如下特点该稳态解的计算是通过管网模拟退火(PNSA)法。较佳地，所述方法还具有如下特点该PNSA法是利用Hazen-Williams公式来定义流量和水头损失之间的关系。较佳地，所述方法还具有如下特点该PNSA法是利用模拟退火 (simulatedannealing)演算法来获得 Hazen-Williams 公式的解答。较佳地，所述方法还具有如下特点该瞬态解的计算是通过渗漏侦测模拟退火 (LDSA)法。较佳地，所述方法还具有如下特点该LDSA法是利用特征线法(MethodOf !!Characteristic, M0C)来定义流量和水头之间的关系。较佳地，所述方法还具有如下特点该LDSA法是利用模拟退火 (SimulatedAnnealing，SA)演算法来获得MOC的解答。较佳地，所述方法还具有如下特点该SA演算法是以该扰动的观测值作为最佳化的基准。较佳地，所述方法还具有如下特点该渗漏被模拟为孔口流。因此根据本发明的第二构想，提出一种用以模拟管网渗漏的电脑程式产品，具体应用于电脑可读取媒体上并可在电脑上执行，当电脑载入该电脑程式并执行后，可完成所述管网渗漏侦测方法。
因此根据本发明的第三构想，提出一种用以实施如所述管网渗漏侦测方法的电子
直ο较佳地，本发明所提供的电子装置为具有中央处理器的电子计算机、个人电脑、笔记型电脑或手持式电子运算装置。本发明的第四构想，提供一种管网渗漏侦测装置，包括中央处理单元，用于执行以下步骤计算流场的稳态解；对该流场施加瞬态事件；以及根据该稳态解计算该施加瞬态事件后流场的瞬态解，得到与该渗漏相关的渗漏信息。较佳地，该所述装置还具有如下特点该瞬态事件为通过快速关闭该控制阀而产生的水锤。
图1为本发明中管网示意图；图2为本发明中渗漏侦测方法流程图；图3为不同渗漏情况A、B或C下控制阀处水头变化示意图；图4为本发明中管网渗漏装置的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明提供的技术方案作进一步介绍。建立管网(pipelinenetwork, PN)模型如图1所示，首先，先将需要侦测的实际自来水管线网路以节点(node)、管线 (pipeline)、漏水点(leaking point)与控制阀(control valve)的简化组合呈现出来，其中该管网PN包括多个节点N、多条管线P、多处漏水点L与一个控制阀V，在本实施例中的管网PN具有6个节点N、8条管线P、3处漏水点L与1个控制阀V。而多个节点N之间的连接、每条管线P的直径、长度以及哈威廉姆斯(Hazen-Williams)摩擦系数如表1所示。
线P节点N直径(m)长度(m)Hazen-Williams 摩擦系数C号码自至PlNlN20.3051000.0100P2N2N30.3051000.0100P3N3N40.2501100.0100P4NlN40.4051250.0100P5N4N50.3551000.0100P6N5N60.3051100.0100P7N3N60.3051250.0100P8N6Valve0.5001000.0100
5
表1管线的信息表如图1所示，在节点m处有一个固定为120m的压力水头，而管线P8的下游连接至控制阀V，控制阀V具有5CMM的流量。管网模型的稳态(steady-state)解PNSA方法首先，采用模拟退火(simulated annealing，SA)演算法来求解管网模型的稳态
解，以下简称为管网模拟退火PNSA(pipeline network simulated annealing)法，稳态解
包括管网模型在稳态下的水头(head)与流量(flow rate)。在PNSA方法中，对于每段管线
P，利用Hazen-Williams公式来表示水头和流量损失之间的关系，在Hazen-Williams公式
中，先定义每段管线P的阻力系数(Kij)
权利要求
1.一种管网渗漏侦测方法，其特征在于，包括 建立管网，包括渗漏和流场；计算该流场的稳态解； 对该流场施加扰动；以及根据该稳态解计算该施加扰动后流场的瞬态解，得到与该渗漏相关的渗漏信息。
2.根据权利要求1所述的管网渗漏侦测方法，其特征在于，该管网包括节点、管线、漏水点和控制阀及其组合的群组的其中之一。
3.根据权利要求1所述的管网渗漏侦测方法，其特征在于，该扰动是通过快速关闭控制阀而产生水锤。
4.根据权利要求1所述的管网渗漏侦测方法，其特征在于，该稳态解的计算是通过管网模拟退火(PNSA)法，其中该PNSA法是利用Hazen-Williams公式来定义流量和水头损失之间的关系，且该PNSA法是利用模拟退火(SA)演算法来获得Hazen-Williams公式的解答。
5.根据权利要求1所述的管网渗漏侦测方法，其特征在于，该瞬态解的计算是通过渗漏侦测模拟退火(LDSA)法，其中该LDSA法是利用特征线法(MOC)来定义流量和水头之间的关系，而该LDSA法是利用模拟退火(SA)演算法来获得MOC的解答，且该SA演算法是以该扰动的观测值来作为最佳化的基准。
6.根据权利要求1所述的管网渗漏侦测方法，其特征在于，该渗漏被模拟为孔口流。
7.—种管网渗漏侦测装置，其特征在于，包括 中央处理单元，系用于执行以下步骤 计算该流场的稳态解；对该流场施加瞬态事件；以及根据该稳态解计算该施加瞬态事件后流场的瞬态解，得到与该渗漏相关的渗漏信息。
8.根据权利要求7所述的管网渗漏侦测装置，其特征在于，该瞬态事件为通过快速关闭该控制阀产生的水锤。
全文摘要
本发明提供一种管网渗漏侦测方法和装置，该方法包括建立管网，包括渗漏和流场；计算该流场的稳态解；对该流场施加扰动；以及根据该稳态解计算该施加扰动后流场的瞬态解，得到与该渗漏相关的渗漏信息。
文档编号F17C5/02GK102213363SQ20101014196
公开日2011年10月12日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者叶弘德, 黄彦祯 申请人:财团法人交大思源基金会