供水管網的水力水質模擬及不確定性研究.pdf

1、供水管網模型是實現供水系統(tǒng)現代化管理的必要手段與途徑,它能實時的反應供水管網的工況,并為優(yōu)化調度和科學管理提供支撐。在構建的管網水力水質模型中,由于節(jié)點流量、管道阻力系數、主體水反應系數和管壁反應系數無法直接測量,需要通過實測的水壓、流量和水質數據進行校核,在監(jiān)測點不足的情況下,如何有效校核水力水質模型并提高校核效率是管網研究領域的難點與熱點問題。
　　采用加權最小二乘法(WLS)對供水管網模型參數進行校核,其以狀態(tài)量的梯度作為搜

2、索向量,具有收斂迅速,計算效率高的優(yōu)點。雅可比矩陣的計算是利用梯度迭代算法實現參數校核的關鍵,以矩陣分析的方法,推導了水力狀態(tài)量的雅可比矩陣的解析式。解析式只需經過一次水力模型計算就可獲得,避免了擾動法在計算雅可比矩陣時重復進行水力模型計算的問題。以小管網,詳細介紹了狀態(tài)量雅可比矩陣解析式的計算,并和擾動法計算的雅可比矩陣進行了對比。雅可比矩陣中還包含參數敏感度信息,利用雅可比矩陣可以分析參數對于狀態(tài)量的敏感度。
　　在用矩陣運算

3、獲得雅可比矩陣解析式的基礎之上,WLS可以實現節(jié)點流量的實時校核。采用WLS對小管網的節(jié)點流量進行校核,即便是在監(jiān)測數據存在誤差的條件下,校核的節(jié)點流量和真實值比較接近,校核結果好。基于WLS對T鎮(zhèn)供水管網的節(jié)點流量進行實時校核,得到了節(jié)點用水量的變化曲線。校核后的水力模型計算的監(jiān)測節(jié)點的壓力值和監(jiān)測管段的流量值與SCADA系統(tǒng)的監(jiān)測值的平均誤差分別為0.39m和3.56m3/h,滿足水力模型校核標準,水力模擬的結果較好地反應T鎮(zhèn)供水管

4、網實時的水力工況。
　　在校核好的水力模型基礎之上,對T鎮(zhèn)供水管網的節(jié)點水齡特性進行了研究。T鎮(zhèn)供水管網的節(jié)點水齡都小于1d,管網水質更新較快,水質狀況較好。水齡曲線的起端都是斜率為1的直線,位置相近的節(jié)點其水齡曲線形式類似,在選擇水質監(jiān)測點時應盡量包含不同類型水齡曲線的節(jié)點。
　　水質的雅可比矩陣是與時間有關系的,需要采用擾動法計算其雅可比矩陣,用擾動量為0.001計算的水質雅可比矩陣滿足校核精度要求。基于WLS舉例管網余

5、氯反應系數的校核,在舉例管網初始余氯模型計算值和監(jiān)測真值之間很小誤差的情況下,仍能快速搜索到余氯反應系數的目標值,這是WLS在水質模型校核中優(yōu)勢。利用初步的T鎮(zhèn)供水管網余氯模型對管網的余氯濃度進行了模擬,模擬結果顯示管網的余氯濃度滿足水質標準。與實測值比較,水質模擬結果整體偏小,T鎮(zhèn)供水管網余氯模型還需進一步完善。
　　為了分析輸入量對于供水管網水力水質的不確定性的影響,和尋找供水管網事故預警的標準,采用蒙特卡羅(MCS)抽樣計算