基于血管仿生原理的供水管网漏损计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及供水管网漏损计算方法，具体涉及基于血管仿生原理的供水管网漏损 计算方法，属于供水管网技术领域。
【背景技术】
[0002] 供水管网的漏损与规划设计、施工管理、管道地段、管道长度、管道材质和管龄等 因素相关。供水管网管线长，分布范围广，节点多，节点类型丰富，这使得供水管网的漏损诊 断变得困难。
[0003] 规划设计方面，城市现代化建设程度越来越高，道路、房屋及地铁等设施的建设对 供水管网产生一定程度上的影响。施工管理方面，某些施工单位未办理法定的审批手续，施 工过程中不慎损伤管网，致使管道裂伤；施工阶段地基不实、自然因素或其他因素所导致的 基础下沉会增大管道受力，对管道具有一定程度的破坏性，容易引发管网漏损。管道地段方 面，管道地段不同供水管网的漏损评价指标也不同。管道材质方面，管线的耐腐、抗冻及其 抗压等性质与管网漏损息息相关。
[0004] 各国主要从完善漏损控制理论、改进漏损检测技术与设备及研究漏损控制模型等 方面进行管网漏损的检测与控制。
[0005] 1完善漏损控制理论：自上世纪80年代国外已经开始了管网漏损控制理论的研 究，研究发现管网漏失与供水压力具有正相关的关系且关系紧密，降低管网漏水量的有效 措施是供水压力与用户压力需求平衡而不过剩，这样管网漏损控制的问题转移到管网压力 控制的问题上。普遍采用的管网漏损方法有音听捡漏法、被动检测法、氢气检测法及雷达检 测法等。
[0006] 该类技术从导致管网漏损的根本原因上控制管网漏损，非常有效。但是因为控制 关系复杂，影响因素多，管线长且结构复杂，不容易控制。
[0007] 2改进漏损检测技术与设备：上世纪80年代初，英国、美国、德国、法国及日本的管 线定位仪、多探头相关仪、检漏仪、区域漏水监测仪及探地雷达等设备相继研制成功，对漏 损检测的准确性和可靠性具有极大的提尚。
[0008] 该类技术需要采用硬件设备进行检测，安装、部署成本高，存在精度要求和测量误 差方面的问题。
[0009] 3研究漏损控制模型：主要包括管网漏损诊断模型和管网漏损预测模型。
[0010] 管网漏损诊断模型：采用遗传算法、瞬变流理论及稳态流理论，从物理特性角度研 究管网漏失并得出了漏点诊断方法。该类技术根据管网的不同运行工况进行漏损诊断，能 够作为水力仿真模型研究管网漏损情况，尚停留在实验室仿真模拟阶段。
[0011] 管网漏损预测模型：在概率分析方法和统计回归方法的基础上建立预测模型，揭 示隐含在历史数据中的漏损规律，预测未来时间内的漏损趋势。该类技术预测模型的精度、 准确度和自适应性等方面有待提高。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是为了解决现有技术计算方法复杂，计算元素不够全面，无法实现 供水管网漏损的精确诊断，使供水管网的水量供需不平衡的问题。
[0013] 本发明的技术方案是：基于血管仿生原理的供水管网漏损计算方法，包括以下步 骤：
[0014] 步骤一：将供水管网上的取水栗站、各级加压栗站、各级调节建筑物和各级阀门作 为管网节点，根据管网节点和管线信息，构建基于血管仿生原理的供水管网的网络模型；
[0015] 所述步骤一构建的网络模型具体包括：
[0016] 收集供水管网上的取水栗站、各级加压栗站、各级调节建筑物和各级阀门的坐标， 供水管线的长度、头节点位置、尾节点位置和水流方向信息；
[0017] 供水管网上的取水栗站、各级加压栗站对水的推动作用如同人体心脏对血液的推 动作用；供水管网上各级阀门及各级调节建筑物对水的调节作用如同人体的穴位对人体的 调节作用，所述的各级阀门指排气阀、泄压阀、调压井及水阀等，所述的各级调节建筑物指 尚位水池、调压塔等；
[0018] 将取水栗站和各级加压栗站作为网络模型的推动节点，将各级调节建筑物作为一 级调节节点，将各级阀门作为二级调节节点，所述推动节点、一级调节节点、二级调节节点 和供水管线均为网络模型的组成单元；其中，组成单元"供水管线"的属性包括长度、头节点 位置、尾节点位置和水流方向；
[0019] 根据所述组成单元利用计算机的面向对象技术建立网络结构软模型；用于后续的 供水管网优化调度使用。
[0020] 对所述网络结构软模型进行三维可视化处理，得到供水管网网络结构展示模型， 所述网络结构展示模型包括供水干线工程三维模型和地形模型。直观逼真地表达供水干线 工程中的供水干线，栗站、调压塔、空气阀井及监测站点等各项设施设备，以及整个区域或 局部区域的地形。
[0021] 步骤二：收集管网运行参数，包括管网SCADA系统通过实时采集监控站监测得到 的流量信息，根据管网SCADA系统所实时监测的流量数据和管网拓扑结构数据，计算管网 内各节点输水损失量。
[0022] 步骤三：利用深度优先搜索方法对管网内各个节点进行输水损失量计算，得到供 水管网漏损情况。
[0023] 所述各级加压栗站、各级调节建筑物和各级阀门为可监测放水流量的管网节点， 所述步骤三具体包括：
[0024] 根据步骤一所述网络模型获取可监测放水流量的管网节点的集合M = Im1, m2, ...，mj，其中η表示节点数目，并为每个可监测放水流量的管网节点编号；
[0025] 从取水栗站节点开始，利用深度优先搜索的方法对集合M中的每个节点进行 连接路径的搜索，获取可连通的路径集合P = {Ρι，ρ2, . . .，Pj}，其中下标j表示路径编 号，路径集合P中Pj表示路径集合中的路径元素，路径元素所包含的节点集合为pm j = {pmn，pmj2, · · ·，pmjw}，式中pmjw指管网上的可监测放水流量的管网节点元素，pm .jw中的j表 示路径编号，pm]w中的w表示节点编号，所述的路径p ,中的元素从取水栗站节点开始到受水 区的输水管线的方向上顺序排列；
[0026] 执行路径集合p中的每条路径上各节点的输水损失计算，将计算得到的输水损失 值作为可监测放水流量的管网节点的输水损失量属性值；
[0027] 根据管网漏损等级评定标准的输水损失量范围和每条路径上的各可监测放水流 量的管网节点的输水损失量，进行逐节点对比计算，确定其漏损等级；
[0028] 根据所述漏损等级对网络模型上的管线进行标注，得到管网漏损结果。
[0029] 所述利用深度优先搜索的方法对集合M中的每个节点进行连接路径的搜索，获取 可连通的路径，具体包括：
[0030] 获取取水栗站节点的集合R = Ir1, r2, ...，rs}，其中S表示取水栗站节点的数目；
[0031] 分别以取水栗站节点集合R中的每个元素为源头执行深度优先搜索，直到访问完 所有从取水栗站节点出发可达的节点为止。
[0032] 所述执行每条路径上各节点的输水损失计算，最终获取每条路径上各节点的输水 损失值的方法为：
[0033] 对路径集合p中的每个路径元素所包含的每个节点执行输水损失值计算，输水损 失值1的计算公式是：
[0035] 上式中q表示计算节点的水量属性值，V表示以计算节点为源节点的下游分支节 点的数目，qk表示以计算节点为源节点的下游分支节点的水量属性值
表示计算节点 为源节点的所有下游分支节点的水量属性值的累计值，得到路径集合P中的每个路径元素 所包含的各节点为源点的分支管线上的输水损失值集合L，L = {1。，I1, ... IJ。
[0036] 根据时间段和各可监测放水流量的管网节点编号进行分组统计，获取同一时间 段内各可监测放水流量的管网节点的放水流量累计值，得到