[发明专利]一种城市供水管网压力监测点的优化布置方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市供水管网压力监测点的优化布置技术领域，具体涉及一种结合压力相关性及水量影响模糊相似矩阵的监测点优化布置方法。

背景技术

随着城市用水规模的不断扩大和管网使用年限的增长，水资源的浪费越来越严重。依靠原来传统的方式对供水管网进行监测和控制已经远远不能满足现在的需要。在科学技术发展日新月异的今天，全面、有效、实时、准确地对城市供水管网进行全方位的监控，已经成为管理部门当前的主要问题。

城市供水管网的水压，作为管网运行质量的重要参数，不仅可以直接反映城市供水管网的服务质量，也是全面掌握供水管网的运行状态以及对整个供水管网系统实施正确调度的重要参数。其监测结果的好坏直接关系到是否可以有效地代表管网的整个运行状况，直接关系到能否满足供水企业的调度需求。

迅速全面地获得管网的水压信息，有利于利用计算机进行实时优化调度，以保证供水质量、运行安全、节水节能和运行效率。同时，积累管网实测水压资料可以校验管网微观分析的计算结果，为管网水力模拟计算的参数值提供校核数据，合理进行管网的改造和扩建，永久性测压点正是根据这些要求而设置的。由于测压点必须采用测压设备，故投资大，这就要求选用尽可能少的、具有代表性的测压点安装测压设备，因此其位置的选择也尤为重要。具体来说，城市供水管网实时监控系统中，在供水管网中布置压力监测点，其主要目的有:

(1)掌握供水管网正常工作时的压力分布状况。管网的压力分布状况，是供水管网系统工作状况的反映，同时也是保证供水管网服务质量的重要信息。(2)管网监测点的数据异常变化，都有可能是管网异常事故发生的征兆，通过观察和分析监测到的压力数据，可以分析推断事故的发生情况以及由此造成的影响。(3)获得管网工况的监测量，作为供水管网状态估计，以及供水管网优化调度的基础数据。(4)管网压力监测也是对管网漏水量监控的需要，节点的水压值能有效地反映管网的漏水情况。

而城市供水管网压力监测点的优化布置主要解决下列三个方面的问题:(1)确定压力监测点数目；(2)确定压力监测点的位置；(3)确定每一压力监测点所能监测到的区域。

因为压力监测点的数目主要取决于资金投资的多少，并且如果压力监测点数量未知，决策变量就是压力监测点的数量与位置的组合，属于复合优化问题，在计算精度与广度上都会困难很多，而且在实际的城市供水管网中一般都是先确定管网监测点数量，然后进行监测点布设置，所以本发明将监测点的个数作为已知的约束条件，针对城市供水管网压力监测点的位置和监测区域的确定，进行了监测点优化布置的研究，对于供水管网水力模型中监测点布置的优化计算不易得到确定结果、运行数据不能完全代表管网状况的问题，提出结合节点压力分布、管网拓扑结构、压力波动相似程度的压力监测点优化模型。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种结合压力相关性及水量影响模糊相似矩阵的城市供水管网压力监测点的优化布置方法，具有原理简单、易于实现和效率高的特点，且符合布点的代表性、可比性以及可行性要求。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种城市供水管网压力监测点的优化布置方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取城市供水管网的基础数据，利用EPANETH软件进行供水管网的水力平差计算，构建城市供水管网水力模型；

S2、根据城市供水管网水力模型，求解压差矩阵、最短距离矩阵、水量影响模糊相似矩阵，确定城市供水管网压力监测点优化布置模型的约束条件；

S3、确定模型目标函数，构建城市供水管网压力监测点优化布置模型；

S4、利用粒子群算法求解城市供水管网压力监测点优化布置模型，确定最优压力监测点及各压力监测点的监测区域。

进一步地，所述步骤S1中，城市供水管网的基础数据包括节点基本需水量、高程、管段长度、管网拓扑结构等，利用EPANETH软件进行供水管网的水力平差计算，得到城市供水管网的压力、流量等运行数据。

进一步地，所述步骤S2的具体过程为：

S21、根据步骤S1构建的城市供水管网水力模型，求解任意两节点间的压力差：

P(i,j)＝|H_i-H_j|

其中，H_i、H_j分别表示基准工况下节点i、j的水压，i＝1、2、3……n，j＝1、2、3……n，得到压差矩阵[P]_n×n，其中n为城市供水管网水力模型的n个节点；