[发明专利]供水管网较佳测压点及校正供水管网管线粗糙系数的方法

说明书

本发明是关于一种寻找供水管网中较佳测压点的方法：利用水流轨迹追踪法(flow tracking method)寻找一供水管网的多个节点中，水流只有流入而不流出的多个水流轨迹末端节点；再利用贪婪算法(greedy algorithm)获得上述水流轨迹末端节点作为测压点的顺序，具体是计算每一个水流轨迹末端节点的一水头损失涵盖率，并依序将具有最大的水头损失涵盖率的水流轨迹末端节点排序，以取得所有水流轨迹末端节点作为测压点的顺序；之后将所能设置的压力侦测器的数量依据上述测压点的顺序依序设置。本发明进一步通过上述压力侦测器测得的压力值校正供水管网的管线粗糙系数。

技术领域

本发明是有关于一种寻找供水管网中较佳测压点的方法及将上述测压点用于校正供水管网的管线粗糙系数的方法，特别是指利用水流轨迹追踪法(flow trackingmethod)及贪婪算法(greedy algorithm)来寻找供水管网中设置压力侦测器的优先节点的方法。

背景技术

为了使城市的供水系统可以有效的运行，必须要有效的管理供水管网(WDN)的压力分配。但由于管线使用时间日久后，管线粗糙系数因为外部环境的影响而改变，因此因为流体的黏滞力或其他流体力学因素，造成水流在管线中的压力变化，而与初始供水压力造成差异，但是WDN是由成千上万的管线、接头、泵及阀门等构件所组成而非常复杂，因此在整个供水管网中安装压力侦测器以获知管线中的压力变化是不可行的。因此需要进行水力建模(例如EPANET)作为模拟，以全面掌握管网的流量分布和压力变化，WDN建模需要诸如用水量、阀门的启/闭状态和管线粗糙系数等参数。其中用水量和阀门的启/闭状态是随日常生活和供水操作条件而变化，因此能够直接控制此类变量，但是代表管线中流动阻力的管线粗糙系数无法直接预测。

但水力模型在实际应用之前，必先校正管线粗糙系数。因此如何有效布署压力侦测器以获得准确的管线粗糙系数，成为全面掌握管网的流量分布和压力变化的必要前提。Klapcsik等人在Periodica Polytechnica Mechanical Engineering期刊中提出「OptimalPressure Measurement Layout Design in Water Distribution Network Systems」，该篇论文讨论了两种液压系统中最佳压力侦测器节点设置的方法。其中之一是对影响节点压力的管线粗糙系数进行灵敏度分析，但是该方法是基于数学理论的，而没有考虑流体力学。

发明内容

为了能够有效掌握供水管网的压力变化，本发明提出一种寻找供水管网中较佳测压点的方法，包括有：

利用水流轨迹追踪法(flow tracking method)寻找一供水管网的多个节点中，水流只有流入而不流出的多个水流轨迹末端节点。再利用贪婪算法(greedy algorithm)获得上述水流轨迹末端节点作为测压点的安装优先级。

水流轨迹追踪法(flow tracking method)包括：1.根据该供水管网的一水力模型、实际量测或估算该供水管网的节点用水量，确认该供水管网的多个管线中，水流在每一个管线的水流方向；2.根据水流方向寻找该供水管网中的多个水流轨迹末端节点，上述水流轨迹末端节点即为该供水管网的最佳测压点。

贪婪算法(greedy algorithm)包括：1.根据水流方向逆流回推获得该每一个水流轨迹末端节点的一水流轨迹树状分布，并根据该水流轨迹树状分布分别计算该每一个水流轨迹末端节点的一水头损失涵盖率；2.选择具有最大的水头损失涵盖率的水流轨迹末端节点作为一第一测压点；3.在剩下的水流轨迹末端节点中，选择与第一测压点水流轨迹树状分布叠加后，具有最大的水头损失涵盖率的水流轨迹末端节点作为一第二测压点；4.采用步骤3的方式，依序取得所有水流轨迹末端节点作为测压点的安装顺序。

进一步，该水头损失涵盖率是该每一个水流轨迹末端节点的水流轨迹树状分布的水头损失占该供水管网的一所有水头损失的比例。

进一步，将所能设置的压力侦测器的数量依据上述测压点的顺序依序设置。