[发明专利]一种结合蚁群算法和压力相似性分析的管网压力分区方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管网压力分区方法，特别是指结合蚁群算法和压力相似性分析的管网压力分区方法。

背景技术

一般城市供水管网布局是中心区域主要供水管网成环状，以保证供水安全性；城市边缘布置为树状，以便向各用水点供水。目前，我国随着城市规模的不断扩大，部分城市供水管网几经扩建，城市供水管网管段连接冗繁，结构错综复杂，压力分配极不均衡，部分分区只是人为的划分片区，这就造成了供水管网优化调度困难，管网漏失严重且不易计量，经济效益差的问题。

近20多年来，国内外专家学者研究出一种新的供水管网漏损管理结构，即将管网划分为若干个压力计量分区(PMA)，即根据城市的地形和用户对水头的要求，将供水管网分成不同的压力分区。从控制漏失的角度考虑,也有压力分区的必要。该方法是以供水管网中压力与漏失之间的正比例关系为理论基础，依据地形高程分布或等水压线分布，将管网分为若干个压力区，通过控制所有或部分压力区，降低整个管网的平均水压，实现减少漏失的目的。

传统分区方法主要通过节点压力聚类进行分区，由于我国供水管网多以环状管网为主，该分区方法会导致各分区之间共用管网较多，实施分区时需对各分区边界管网进行较大程度改扩建，而国内已经实施管网分区的城镇地区，都是依据自然地理条件或行政区域仅凭人工经验进行划分的，即按照管理分区的原则，利用现有的最为明显的边界进行分区规划，已达到最大限度简化管理的目的。但这种分区方式，并没有考虑水力条件，即没有考虑如何节省能耗、是管网压力均衡、提高供水运行效率等，缺乏科学的指导。

发明内容

本发明是要解决传统供水管网压力分区通常只考虑节点压力相似性，而不考虑管网拓扑结构，导致分区成本过高，工程实用性不强的问题，而提供了一种结合蚁群算法和压力相似性分析的管网压力分区方法。

一种结合蚁群算法和压力相似性分析的管网压力分区方法按以下步骤实现：

一、建立全管网水力模拟模型，并根据实测数据进行全管网水力模拟模型校核；

二、将供水管网拓扑图转变为深度优先森林，并将深度优先森林划分为两个子图G_i和G_j；

三、利用蚁群算法优化子图边界，使子图之间的管段连接最小化；

四、对所得子图重复二、三步骤直到子图数量大于要求分区数，对于不符合直接供水要求的区域与周围区域进行压力相似性分析，相似程度大的区域进行合并；

五、断开区域之间的拓扑连接，利用水力模拟模型进行计算，分析各区域的降压潜力，判断是否安装减压阀，形成最终压力分区方式，即完成了结合蚁群算法和压力相似性分析的管网压力分区方法。

发明效果：

本发明的一种结合蚁群算法和压力相似性分析的管网压力分区方法是在传统规划分区供水的基础上发展而来的，在充分利用管网拓扑结构特性基础上，以压力相似进行分区优化，保证分区后各个区域内水压均在合理的范围内，实现稳压供水，提高供水质量，且易于实施，分区投资较少。

本发明将图论和蚁群算法引入到供水管网分区领域，具有快速、科学、合理的优点，可有效指导实际管网分区。

优化子图边界，使子图之间连接管段尽量最小，可有效降低工程改扩建难度及造价。

使无法满足主干管直接供水的区域与周围压力相似程度高的区域合并，保证压力分区的合理性。

本发明提出的一种结合蚁群算法和压力相似性分析的供水管网压力分区方法，使分区充分利用现有管网拓扑关系、达到各分区压力平衡、分区改造少、易于实施,投资较少。并依据各分区特点在入口处安装减压阀，从而将整个管网压力控制在一定范围内，有利于减少爆管率和漏失率，增加管道使用年限。

传统的分区方法是纸上谈兵的分区方法，仅通过压力相关性为评判标准进行分区，划分出的分区往往不符合实际，实施分区所需要断开的管段数量太多，管网面临非常多的改造工程量，实际实施起来非常困难，成本过高。本发明首先以实际管网拓扑结果分析为出发点，尽量利用实际管网拓扑连接特点，可以保证实施改造工程量比传统方法少很多。其次，对拓扑结构进行分析后(分析方法是利用图论和蚁群算法进行管网分区)，在分区结果中对每个分区进行压力相似性分析，从而保证分区后压力满足用户需求，实现传统方法分区效果。综上所述，本阀门既能保证传统分区方法的分区压力效果，又能从实际出发，避免传统分区方法出现的不符合实际、改造工程量多、投资高、难实施的缺点。从技术和经济方面综合分析出最优的分区方法。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式