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标准1
天津市应用基础与前沿技术研究计划
(自然科学基金项目)
(仅供专家评审使用,请予保密)
评审材料
项目名称:
供水管网漏损范围定位研究
项目负责人:
申请单位(公章):
通讯地址:
邮政编码:
电话:
合作单位:
主管部门(公章):
申请日期:
2013-06-20
天津市科学技术委员会
二〇一二年印制
一、基本信息文档版本编号:
研究项目
项目名称
供水管网漏损范围定位研究
英文名称
WaterDistributionNetworkLeakageDetectionResearch
项目类别
一般项目
项目性质
B.应用研究
起止年月
2014-04至2017-03
是否有回避的评审专家
没有回避的专家
技术来源
自有
是否国际、港、澳、台合作项目
项目主要优势
经济效益显著
产品或技术是否出口
否
技术领域
其它技术领域
应用产业领域
其它
现处阶段
小试
前期资助情况
无
指南代码
名称
城市给水排水系统新理论与新方法
代码
J0203
所属学科
名称
城镇给排水系统
相关学科
名称
城镇给排水系统
代码
E080403
代码
E080403
申
请
者
姓名
性别
女
民族
汉族
身份证号
学位
硕士学位
专业技术职务(职称)
助理工程师
出生年月
1987-07
行政职务
最后学历
年毕业于
主要研究领域
其它人才情况
留学国别
出国日期
回国日期
出国事由
家庭电话
单位电话
实验室电话
手机
电子信箱
个人网页
所在单位
全称
单位地址
邮编
法定代表人
注册地点
所属系统
联系人
电话
传真
性质
上级单位
代码
开户银行
帐号
企业类型
企业规模
是否有独立研发机构
否
是否中央驻津单位
否
合作单位
全称
性质
单位地址
邮编
联系人
电话
电子信箱
上级单位
主要承担任务
合作单位
全称
性质
单位地址
邮编
联系人
电话
电子信箱
上级单位
主要承担任务
合作单位
全称
性质
单位地址
邮编
联系人
电话
电子信箱
上级单位
主要承担任务
关键字
供水管网压力相关漏损定位快速混沌遗传算法夜间最小流量压力控制
主要研究内容(中文摘要)
基于校核的管网水力模型,研究适用于定位漏损范围的算法,建立漏损定位模型,并应用于供水管网区块化管理中。
预期成果及完成形式(中文摘要)
建立供水管网漏损定位模型,并应用于供水管网区块化管理中。
立项目的和意义(中文摘要)
目前,国内供水管网设施陈旧,管网老化、管网漏损严重,产销差大,造成巨大的经济损失,技术水平和管理水平偏低,一般凭借经验运行,人为决策。
应用水力模型解决漏损定位,可提高检漏工作效率,降低漏损率,提高经济效益,实现科学化管理。
工作基础和已具备条件
选取的研究对象已经建立区块化水力模型,建立区块化管理系统,有完善的GIS、SCADA、营业收费、计量等管理系统,管网信息比较齐全。
项目组内有2位程序开发人员,可协助实现程序开发方面的工作。
总体目标
建立供水管网漏损定位模型,并应用于供水管网区块化管理中。
根据模型模拟的漏失范围,水司技术人员利用检漏设备进行现场检漏,从而降低漏失率,提高经济效益。
成果应用后可取得的成效展望
将建立的供水管网漏损定位模型应用于供水管网区块化管理中。
降低管网漏失率、提高经济效益。
其它需要说明的
情况
知识产权自主。
二、项目组主要成员(不包括项目负责人)
姓
名
身份证号
性别
职称
学位
从事专业
工作单位
电话
电子邮件
项目分工
每年工作时间(月)
本人签字
男
助理工程师
学士
计算机
程序开发
6个月
男
助理工程师
无
计算机
程序开发
6个月
男
博士生
博士生
市政工程
算法研究
12个月
男
博士生
博士生
市政工程
项目实施
12个月
男
硕士生
硕士生
建筑与土木工程
收集国内外资料
6个月
男
硕士生
硕士生
市政工程
项目实施
12个月
男
硕士生
硕士生
市政工程
项目实施
12个月
女
教授
硕士学位
市政工程
项目顾问
12个月
总人数
留学回国人数
其中按职称
其中按学位
正高级
副高级
中级
初级
其它
博士学位
硕士学位
博士生
硕士生
9
0
1
0
0
3
5
0
2
2
3
经费预算(单位:
万元)
经费来源
预算金额
其中
2014年
2015年
2016年
2017年
来源合计
10
8
2
其
中
国家部委拨款
市财政拨款
10
8
2
区县财政配套
主管部门配套
单位自筹
银行贷款
其它
经费支出
预算金额
其中市财政拨款
计算依据
支出合计
10
10
其
中
人员费
设备费
4
4
能源材料费
1
1
试验外协费
3
3
租赁费
差旅费
1
1
会议费
国际科技合作经费
期初运行费
贷款贴息费
管理费
1
1
信息费
其它费用
三、项目预算表
购置仪器设备及其他资产明细表
单位:
万元
序号
仪器设备及其他资产名称
单位
数量
单价
拨款资助资金
备注
1
流量智能测量仪
8
0.5
4
合计:
4
项目批准后资助经费拨入的开户行帐号情况
单位名称(全称)
开户银行名称
银行帐号
四、立项依据
项目研究的必要性及应用前景(包括项目的研究意义,国内外研究概况、水平、存在问题和发展趋势,主要参考文献及出处):
1.研究意义
本项目是对给水管网漏损范围定位进行研究,利用水力模型模拟漏损范围,然后利用检漏设备进行现场检漏。
这样,缩小检漏的范围,提高检漏的工作效率,减少人力和物力的投资。
2.国内外研究概况
国外研究。
过去的几十年,漏失检测已经成为重大研究的焦点。
各种各样的技术,包括逆模型分析、贝叶斯系统辨识法、流量统计分析和基于基本规则的专家系统,已经被应用于在数量上确定漏失,其中逆模型是最活跃的研究方向。
逆水力模型方法。
在已确立的水力模型技术的基础上进行漏失监测是一个可选择的获得成本效益好的漏失检测方法。
Pudar和Liggett也许是第一个利用逆水力分析的方法来检测管线中的漏失。
针对超定情况和欠定情况下的漏失问题,提出来两种解决方案。
超定情况下实测数据点多于漏失点,它可以通过利用一个明确的减小实测节点水压和计算节点水压之间不同的方法来解决。
欠定情况下,实测数据少于漏失点数量。
这种情况可以通过一个反复迭代运算来使漏失面积向量的L2范数降到最低来解决。
结果表明不明确的或者不完善的管道粗糙度成为用来解决逆稳态分析问题的主要挑战。
但是,Wu,Sage和Turtle发现对于大部分的管道,测试的流速一般都大于1.5m/s。
流速高不能够模拟真实系统的水力特性,尤其是从半夜到清晨这段需水量低的时段,这时水压高就会导致漏失量大。
当漏失量大而需水量少时确定漏失点就很合适。
众所周知,流速越大,管道粗糙度引起的水头损失也越大,这样在逆稳态分析中的漏失检测越不确定。
因此,Pudar和Liggett利用稳态模型进行漏失检测的方法中是高流速,致使漏失检测的有效性出现了偏差。
继Pudar和Liggett在1992年的研究之后,管网水力模型技术已经在很多方面得到了提升,这些模型技术包括基于流量喷射器原理的漏失模型和推广的压力驱动节点需水量分析模型。
除了模型软件技术的提高之外,由于SCADA系统的发展,无论是管网主干管的日常检查监测或支持活动所需的实地调查,压力和流量趋势数据的获取也得到提高,例如管网模型校核、辅助数据记录设备也能够补充SCADA数据。
这意味着更高的改进模型方法和软件工具的需求——包括使用优化技术检测漏失区域,使漏失工程师能够快速地辨别出主要漏失区域,继而进行及时的维修。
随着新的优化方法变得越来越普遍,水务行业很有必要审查当前自定义和实践数据趋势方法来评估新兴的优化方法能够带来多少的优势。
Sage曾经提出过一种叫做Posi-Tect的漏失检测方法。
它是基于漏失水量的重新分配,在一些分区域管理(DMA)的漏失检测中取得了成功。
一个DMA的总漏失水量是通过计算这块区域的流入水量和需水量的差值得到的,后者是可计算水量和预测水量的总和。
每个DMA之间的漏失量是按照节点属性的数目或者与每个节点相连的主干管的长度按比例分配到节点上。
早期的漏失水量计算方法与喷射器功能或者压力因素的考虑无关。
但是,局部的漏失被认为是由背景漏失和突发漏失组成的。
每个节点和管段的背景漏失是通过经验公式来计算的,经验公式是基于内部条件系数(ICF)的一个管龄的函数。
ICF是一个介于0~1之间的数值。
管龄越大,ICF值越大,因此,背景漏失越大。
总漏失和背景漏失的差值被认为是突发漏失。
一种试探算法被用来分配突发漏失水量到管网节点上,这样就会缩小模型化的水压和实测水压的差值。
基于模型校核的优化方法。
在过去的几十年里,许多基于模型校核的优化方法被发展。
2007年wu提出了配水管网漏失区域检测的压力驱动节点流量优化(PDD)模型,通过优化校核来控制漏失量。
2010年Wu指出,一个可能的解决方案是用正喷射系数来代表大量的漏失节点。
两个变量可以用来表示一个漏失节点,一个节点标示符和一个喷射系数。
为了搜索所有的漏失节点,节点的两个变量要求编码作为一个个体GA解。
二进制代码被用来编码GA解,节点标示符作为节点指针,喷射系数用一个介于0和基于规定的增量的最大值之间的值来表示。
在一个庞大的供水系统中应用这种方法,这种解决方案是灵活和有效的。
利用这个解决方案,最大漏失节点数由建模者指定,没有必要和节点的数目相同。
优化的漏失节点数目,喷射系数大于0,应该少于规定的被检测到的最大漏失节点数。
否则,漏失节点的最大数目应该增加,模型应该重新运行漏失检测过程。
近年来,我国很多城市建立了给水管网GIS系统、SCADA系统、营业收费系统、计算机管理系统,实现了动态管理。
有的城市还配备了管网检漏设备,加大了管道的检漏力度,变被动检漏为主动检漏,对降低漏损水量,提高供水效率取得了一定的成果。
路文丽等人采用最小夜间流量法计算漏水量,并根据供水管网的水量平衡以及配水管网设为漏损和管网水压的关系建立管网漏损量数学模型,得到一种仅检测部分管网漏损量而获得整个管网的未计量水量和物理漏损量变化的方法。
余蔚茗等人根据2002年国际水协确定的产销差理念而建立水量平衡模型,估算损量,并引入运行、水资源和财务等多项性能指标的计算方法,更加效地反映城市供水管网实际运行状况。
周建华等人对供水管网压力与漏水量的关系进行了理论性分析。
通过对管道漏损实验的研究,分别得到了管道上的裂口或孔洞漏失和管道接口处的漏失与压力的指数区间为[0.5,1.5]。
林守江指出对供水管网压力的控制可以有效的避免管网中不必要的高压和低压,从而减少爆管事故的发生,降低管道的漏损率。
耿为民提出优化控制阀门的位置以及开度的混合离散非线性最优化数学模型,模型的目标函数是以漏水量全局漏损量之和最小,表达式为mim=∑_(tjϵR)QS_ij,式中,QSij是节点i,j间管道的漏损量(m3/s);R是所有管道两端节点的组合。
张宏伟等人提出根据给水管道实际发生的漏失次数分别建立管网漏损时间预测模型来预测管道未来漏损发生的时间,并利用SAS软件的多元线性回归法和灰色理论法对模型进行求解。
3.存在问题及发展趋势
尽管国内外对给水管网漏损定位及压力控制已经做了大量研究,建立不同理论的模型,虽然在多方面取得了较可靠的结论,然而漏损定位的研究工作中还存在以下几方面的问题:
(1)在建立逆水力模型时,管道流速一般大于1.5m/s,不能够模拟真实系统的水力特性,那么建立的漏损检测模型不能有效的确定漏损点的位置。
(2)Posi-Tect方法不能够区分一个大的漏损区域和一群小的漏损区域的差别,漏损检测模拟过程没有包含在模型校核中,并且漏损量不代表压力决定的水量。
(3)逆瞬态模型不适用高度成环,并且含有很多阀门、水池和水泵的配水管网,因为容易导致瞬变现象变得严重衰减。
该方法很难区别因泄漏而导致的瞬态波响应与管道配件和那些因需水量的变化而导致的瞬态波响应。
(4)利用模型模拟计算的漏损点和真实漏损点的关联度很低,优化时间长。
新理论所建立的模型将解决和实现上述问题,并且模拟的结果与实际情况有很高的关联度,适应于在供水企业中使用,能够降低漏失率,节能降耗。
4.主要参考文献
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