[发明专利]一种供水管段更新维护决策方法

权利要求书

1.一种供水管段更新维护措施决策方法，其特征在于：在供水管网基础资料收集的基础上进行统计分析与水力学计算，进行技术筛选与经济分析，得到更新维护措施的推荐方案，具体包括如下五个步骤：

步骤一，基于历史数据计算管段失效率：

各供水管段的失效率基于历史资料确定，采用时间指数模型公式如下：

式中：BI_j，t为供水管段j第t年单位管长的失效率，次/(年.m)；BI_j，0水管段j运行当年单位管长的失效率，次/(年.m)；G_j，t为供水管段j第t年的管龄，年；t为时间，年，t＝1，2，3…TN，TN为规划期总年份；A为管段失效率增长系数；

步骤二，基于供水管网水力学计算评价水量损失：

水量损失具体包括两部分：

管段失效的直接水量损失，通过公式(2)进行计算：

SA_j，t＝Q_j，t×KA_j (2)

式中，Q_j，t为供水管段j第t时间的流量，m³/h；KA_j为供水管段j失效后导致的流量损失率；SA_j，t为供水管段j第t时间失效导致的流量损失，m³/h；

管段失效的间接水量损失，通过公式(3)进行计算：

式中，S_j，n，t为t时间第n个用水节点在管段j失效后的用水流量，m³/h；Pi_n，t、Pr_n，t、Pm_n，t和P_n，t分为供水管网第n个用水节点第t时间的最小水头、服务水头、最大水头以及实际水头，m；R_n，t是指供水管网第n个用水节点第t时间的用水需求量，m³/h；n＝1，2，3……N，N为供水管网中用水节点数，个；

步骤三，构建供水管段更新维护的技术措施集合：

{D_j，m|D_j，m∈DM_j} (4)

B_j，t，m＝BI_j，t×V_m(D_j，m) (5)

式中，D_j，m为决策变量，即第j个管段采取的第m种更新维护措施，m＝1，2，3……M，M为维护技术措施个数，个；DM_j为第j个管段所有可选择的维护措施集合；V_m()为第m个维护措施的失效率影响系数；B_j，t，m为供水管段j第t年采取第m项更新维护措施后单位管长的失效率，次/(年.m)；

步骤四，计算各项维护措施的经济费用：

供水管网维护的总成本费用为所有管段维护费用的总和，供水管段j失效第m年维护费用的净现值通过如下公式进行计算：

式中，CT_j，m为第j个供水管段采取第m种更新维护措施后建设成本净现值，元；R为年贴现率；

CC_j，m＝f_1，m(D_j，L_j，D_j，m) (7)

式中，CC_j，m为采取第m种更新维护措施后第j个供水管段建设成本，元；D_j为供水管段j的管径，mm；L_j为供水管段j的管长，m；f_1，m()为建设成本函数，

CR_j，t，m＝f_2，m(D_j，L_j，B_j，t，m) (8)

式中，CR_j，t，m为第t年采取第m种更新维护措施后第j个供水管段的维修成本，元；f_2，m()为维修成本函数；

CL_j，t，m＝PA_t×B_j，t，m×SA_j，t×L_j×U1_j (9)

式中，CL_j，t，m为第t年采取第m种更新维护措施后第j个供水管段失效后导致的水量损失费用，元；PA_t为第t年供水管网中各种用户的平均水价，元/m³；U1_j为供水管段j的漏损时间，h；

式中，CI_j，t，m为第t年采取第m种更新维护措施后第j个供水管段失效后导致供水管网中其他用水节点供水不足所带来损失，元；U2_j为供水管段j的维护时间，h；P_n，t为不同用水节点用户n的水价，元/m³；

CS_j，t，m＝Z_s×CL_j，t，m (11)

式中，CS_j，t，m为第t年采取第m种更新维护措施后第j个供水管段失效导致的社会影响费用；Z_s为管段失效的影响费用修正系数；

步骤五，管道更新维护措施的优选：

基于经济性进行供水管网维护措施的优选的目标函数为总成本最小，

CTT_j＝min_{m＝1，2，3...M}(CT_j，m) (12)

式中，CTT_j为供水管段j更新维护总成本净现值最优值，元；min()为在所有措施中取最小值的函数；

约束条件为管道水力学约束，具体包括：

节点的流量连续性方程：

∑_j∈JNQ_j，t+R_n，t＝0 (13)

式中，Q_j，t为管段j在t时刻的流量，m³/h；JN为用水节点n所有关联管道的集合；

管段能量方程：

式中，P_n1，t和P_n2，t分别为供水管网中与供水管道j关联用水节点n1和n2在第t时间的水头；H_j，t^n1，n2为供水管网中连接用水节点n1和n2之间管段j在第t时间的水头损失；

环的能量方程：

式中，F为管网中与管道j关联的供水环路的集合，

采用如下形式：

式中，r为阻力系数；a为流量指数；ε为局部损失系数。