（市政工程专业论文）利用趋势面分析法判定城市供水管网中漏失区的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 利用趋势面分析法判定城市供水管网中漏失区的研究 摘要 城市调度管理系统是供水企业现代管网管理的重要手段，漏损控 制是该系统的重要组成部分之一。漏损区域的准确判定可以增强检漏、 治漏的主动性，减少盲目性，对提高供水系统的安全性、供水保证率 以及供水企业的经济效益和服务效益，具有深远的实际意义。 本文分析了管网调度管理系统的模块组成及各模块的功能，提出 了测压点优化布置的意义及原则，并根据供水周期性，依靠少量测压 点的压力数据，结合水力计算，利用传统的平差原理，将测压点以外 的其它节点压力进行校正，推算出了管网各节点的真实压力值。利用 趋势面( b e n ds u r f a c e ) 分析理论，将各节点真实压力值进行趋势面模 拟，真正实现了管网压力的连续性模拟：并利用“小概率事件”原理， 通过分析正常工况与异常工况各节点趋势压力值之差的变化，确定 此趋势差值的正常取值范围，从而确定差值异常区域，即得出发生 漏损的管网的具体区域，并将该方法应用于实际工程中验证。 本研究的主要结论及创新点是： 1 、结合管网压力趋势图和残差图，趋势图上如果表现为打破正常 趋势，即在某处突起或下陷，而相应残差图上负剩余区出现大的下陷， 就有理由怀疑该异常是管网漏水现象的反映。 2 、将正常工况下测压点的压力值与该测压点管网平差值之间的差 值作为闭合差，校核管网平差的各环管段流量，从而计算出各节点的 t 太原理工大学硕+ 研究生学位论文 真实压力值；异常工况下，将测压点的压力值与该测压点正常工况下 的压力值之差作为闭合差，校核正常工况下的各环管段流量，再经计 算可得到管网异常工况各节点的真实压力值。 3 、残差除了包括局部异常外，还包括随机干扰( 噪声) 以及系统 误差，反映的是局部压力的变化情况，即管网中局部压力变化特征， 代表了局部控制因素，而随机干扰因素的存在，使得残差不能完全反 映管网异常工况，只能对管网漏损现象进行粗略判断，不是理想的判 定漏损的方法；而趋势只包括系统误差，所以通过研究管网正常与异 常工况下的节点趋势压力差值的规律，确定漏损区域的方法，可以排 除随机干扰所造成的影响，提高漏损判定的准确性。 4 、提出了提高漏损区准确度的方法。根据统计学上的小概率事件， 确定了的取值范围，为确定漏损区域提供了依据。 5 、可通过提高趋势面方程的次数缩小管网漏损区域的确定。 6 、通过实例分析证实本研究成果可以应用于实际系统的管理调度 系统中，效果良好。 考虑到本研究的实例中地形比较平坦，管网系统也较为简单，只 进行了二次趋势面分析，当系统复杂时可考虑进行更高次的趋势面分 析。 关键词：供水企业，管理调度系统，漏损区域判定，趋势面分析 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d yo nn e t w o r kl e a k a g er e g l 0 nd e t e r m i n a t i o n u s i n gt h et r e n ds i 瓜f a c ea n a l y s i si n u r b a n 啪rs u p p i j ys y s t e m a b s t r a c t u r b a nm a n a g e m e n ta n ds c h e d u l es y s t e mw h i c he m p h a s i z e so nt h e l e a k a g ec o n t r o li s a ni m p o r t a n tm e a s u r ef o rw a t e rs u p p l ye n t e r p r i s e st o m a n a g et h em o d e mp i p en e t w o r k t h e e x a c td e t e r m i n a t i o no fl e a k a g e r e g i o nm a ye n h a n c et h eg o a h e a d i s mo fl e a k a g ed e t e c t i n g ，a l s or e d u c et h e b l i n d n e s s ；b e s i d e s ，i th a sf u r t h e ra n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et oh e i g h t e nt h e s a f e t ya n dg u a r a n t e eo fw a t e rs u p p l ns e q u e n t i a l l yi n c r e a s e st h eb e n e f i to f w a t e rs u p p l ye n t e r p r i s e so ne c o n o m ya n ds e r v i c e t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ec o n s t i t u t i o no ft h em a n a g e m e n ta n ds c h e d u l e s y s t e mo fw a t e rs u p p l ys y s t e ma n d f u n c t i o n so f e a c h p a r t ，a n da l s o a d v a n c e st h es i g n i f i c a n c ea n dp r i n c i p l eo fo p t i m a ld i s t r i b u t eo fp r e s s u r e s u p e r v i s o r i td o e sa u t h e n t i c i t yc h e c k f o ro t h e rn o d e sp r e s s u r e e x c e p t p r e s s u r es u p e r v i s o r , t h e nc a l c u l a t e st h ea c t u a lp r e s s u r ed a t e so fe a c hn o d e s ， b a s e do np e r i o d i c i t yo fw a t e rs u p p l y , r e l y i n go naf e wp r e s s u r ed a t e so f p r e s s u r es u p e r v i s o r s ，c o m b i n i n gh y d r a u l i cc a l c u l a t i o n ，u s i n g t r a d i t i o n a l e q u a ld i f f e r e n c et h e o r y u s i n gt r e n ds u r f a c ea n a l y t i c a lt h e o r yt om a k es u r f a c es i m u l a t i o nf o r p r e s s u r ed a t e sr e v i s a l d o e sr e a l i s et h ec o n t i n u es i m u l a t i o nf o rn e t w o r k p r e s s u r e b ym e a n so fu t i l i z i n g “l i a l ep r o b a b i l i t yo fi n c i d e n t p r i n c i p l ea n d i i i 奎星里三盔堂堡婴圣生堂堡堡塞 a n a l y z i n gt h ec h a n g e o fc o ( t h ed i f f e r e n c e so ff e n dp r e s s u r ed a t e sf o re a c h n o d e so nt 1 1 en o r m a lc o n d i t i o na n da b n o r m a lo n e ) ，t h en o r m a lr a n g eo f c o i sc o n f i n n e d m e a n w h i l e ，t h ea b n o r m a lr e g i o no f c om a yb ec o n f i r m e d t h e n ， w eg e tt h ec e r t a i nr e g i o no fp i p en e t w o r kw h e r et h el e a k a g et a k e sp l a c e a t l a s t ，i no n ep r a c t i s ep r o j e c tu s e t h i sm e t h o dt ov a l i d a t ei t sv a l i d i t y t h em a i nc o n c l u s i o n sa n dn e wi n n o v a i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 c o m b i n i n gw i t ht h et r e n d c h a r ta n dd i f f e r e n c ec h a r t ，i ft h et r e n d c h a r th a sas t i c ko rc a v i n gi ns o m e w h e r ea n dt h ed i f f e r e n c ec h a r th a sa c a v i n 证i nm i n u ss u r p l u sr e g i o n ，w ec a t 2d o u b tt h a tt h ea b n o r m i t y i sa r e f l e c t i o no fl e a k a g e 2 u s i n gt h e d i f f e r e n c eb e t w e e nt h ep r e s s u r e d a t e so fp r e s s u r e s u d e r v i s o r su n d e rn o r m a lw o r kc o n d i t i o na n dt h ee q u a ld e f e r e n c e v a l u e so f t h e ma sc l o s ed i f f e r e n c et o c h e c kp i p ef l u x e so f e a c hl o o pa n dt h e n c a l c u l a t ea c t u a lp r e s s u r ed a t eo f e a c hn o d e s a m e l y ，i na b n o r m a lc o n d i t i o n ， u s i n gt h e d i f f e r e n c eb e t w e e nt h ep r e s s u r ed a t e so fp r e s s u r es u p e r v i s o r s u n d e rn o m a lw o r kc o n d i t i o na n da b n o r m a lw o r kc o n d i t i o nt oc h e c kp i p e f l u x e so fe a c hl o o po fn o r m a lw o r kc o n d i t i o n t h e n ，w ec a nc a l c u l a t e a c t u a lp r e s s u r ed a t eo fe a c hn o d ei na b n o r m a lc o n d i t i o n 3 d i 仃e r e n c ei sc o n s i s t e do fr a n d o md i s t u r b a n c e ，s y s t e me r r o r ，a n d l o c a la b n o r m i t y i tr e f l e c t s t h ec h a n g e so fl o c a lp r e s s u r e s ，w h i c hi st h e v a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fl o c a lp r e s s u r e si np i p en e tw o r k ，a n dp r e s e n t s t h el o c a lc o n t r o lf a c t o r s d u et ot h ee x i s t e n c eo fr a n d o md i s t u r b a n c ef a c t o r s ， d i f r e r e n c ec a nn o tc o m p l e t e l yr e f l e c tt h ea b n o r m a lw o r kc o n d i t i o ni nt h e p i p en e t w o r kb u tj u d g e dr o u g h l y s oi t i sn o ta ni d e a lm e a s u r eo fl e a k a g e d e t e m i n a t i o n n e v e r t h e l e s s ，t r e n di n c l u d e ss y s t e me r r o rm e r e l y , s o t h e a f f e c t i o ni n c u r r e db yr a n d o md i s t u r b a n c ec a n b ee x c l u d e d t h ev e r a c i t yo f t v 奎堕望三奎堂堡主塑茎竺堂生笙茎 l e a k a g ed e t e r m i n a t i o nw i l lb ee n h a n c e db ys t u d y i n gt h er e g u l a t i o no ft r e n d p r e s s u r ed i f f e r e n c e b e t w e e nn o r m a lc o n d i t i o na n da b n o r m a lo n e 4 w a y st oi m p r o v et h ea c c u r a c yo fl e a k a g er e g i o na r ep r o p o s e d t h i s p a p e rc o n f i r m st h er a n g eo f c o b a s e do nt h e “l i t t l ep r o b a b i l i t yo fi n c i d e n t ” p r i n c i p l e ，a n dp r o v i d e st h ef o u n d a t i o no fd e t e r m i n gl e a k a g er e g i o n 5 i ti sf e a s i b l et om i n i s ht h el e a k a g er e g i o no fn e t w o r kb ym e a n so f i n c r e a s i n gt h et i m e so f t r e n ds u r f a c ee q u a t i o n 6 t h r o u g ha c t u a le x a m p l ea n a l y s i sm a k es u r et h a tt h er e s e a r c hr e s u l t c a nu s ei n t ot h ea c t u a l l ym a n a g e m e n ta n ds c h e d u l es y s t e m s ，a n db e t t e ri n f u n c t i o n i nt h ee x a m p l eo ft h i sr e s e a r c h ，t h a to n l ym a k e dt h ea n a l y s i so f t w ot i m e st r e n ds u r f a c et h a tw a st h r o u g hc o n c e r di nt h i se x a m p l ew h e r et h e l a n d f o r mc o n d i t i o na n dn e t w o r ks y s t e m sw e r er e l a t i v e l y s i m p l e w h i l e s y s t e m sw e r ec o m p l e xm a yc o n s i d e ru s em o r eh i g h e rt i m e st r e n ds u r f a c et o d oa n a l y s i s ，t h a tw i l li n c r e a s et h es i m u l a t ed e g r e e k e yw o r d s ：w a t e rs u p p l ye n t e r p r i s e ，o p t i m a lm a n a g e m e n ta n d s c h e d u l es y s t e m ，d e t e r m i n a t i o no fl e a k a g er e g i o n ： t r e n ds u r f a c ea n a l y s i s v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：垄叠!日期：丝生笪 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名：基蕴日期 导师签名： 西d 6 。 算；她魄坐绰 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景 水是生命之源，是大自然赋予人类无法替代的宝贵资源。但它是有限的，不 是取之不尽用之不竭的。随着全球性环境污染的加剧及世界人口的不断增加，水 资源的紧张局势不断恶化。早在1 9 7 7 年8 月联合国水资源大会就向全世界发出了 “水不久将成为一场深刻的社会危机”的警告。 随着社会进步以及人民生活水平的提高，城市供水规模不断扩大，对供水系 统的安全性及供水保证率提出了更高的要求，给水系统管理维护也愈加重要。供 水管道的安全性一方面是指要保证用户的水量、水压要求，另一方面还要保证用 户用水的时间连续性，更重要的是不能因管道的破损给管道所处位置的周围设施 造成破坏及损失。 城市供水管网运行中出现的漏水现象不仅造成水源浪费，影响供水企业的经 济效益，而且造成降压供水，影响用户用水，降低管道安全性，此外，对管道基 础也造成破坏，甚至对其附近的建筑物、构筑物等公用设施带来潜在威胁。所以， 为确保安全经济，关键问题是对管道漏损进行及时控制。世界各国都非常重视自 来水漏损控制工作，将漏水量的大小作为衡量自来水管网技术和运行状况的一个 重要指标。 虽然我国是个水资源大国，但从人均这个角度，我国又是一个严重缺水的国 家，人均占有水量仅为世界人均水量的1 4 ，居世界1 4 9 个国家的1 1 0 位。在保 证供水安全可靠的前提下，解决管网漏损严重的问题己刻不容缓，管网的漏损控 制是管网优化管理的一个重要方面。 漏损控制对节约资源，节约投资，降低成本，改善服务，减少因漏水而造成 的道路及其他建筑物的损坏，保持市容整洁，提高供水的经济效益和社会效益都 具有重要的意义。 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 我国城市管网漏失及检漏现状分析 国家建设部颁发的城市供水行业2 0 0 0 年技术进步发展规划 z l 对供水公司 供水提出了以提高供水水质，提高供水安全可能性，降低能耗，降低漏耗和降低 药耗等五个方面作为“规划”的主攻方向，并提出技术进步的要求。“规划”明确 提出把“降低漏耗”作为五个主攻方向之一，这可极大推动城市的治耗降耗。 漏失率是指供水总量和有效供水量( 即售水量) 之差与供水总量之比，该指 标具有一定的平均性。1 9 8 7 年，为歼展城市供水企业上等级工作，建设部经反复 测算、分析，确定城市供水的漏失率为8 。近年来，随着城市供水的不断发展， 供水的漏失率不断上升，城市自来水公司水的平均漏失率为1 0 左右，一些城市的 漏失率达到了1 5 以上，甚至达到2 0 以上，因此，认真研究供水漏失率增加的 原因和问题，提出相应的对策是十分必要的。 由于城市规模、人口、建城时间及气候等的不同，城市之间难以用漏失率来 相互比较。老城市对新城市而言，漏失率要大；北方城市较南方城市漏失率要大。 因此，有人提出统计管道单位长度、单位时问内的漏水量来进行比较。由于漏水 情况不仅与管道长度有关，还与管道表面积有关，“规划”提甘i 用管道单位表面积、 单位时间漏水量来比较城市之问管网漏水状况更趋合理。据统计，1 9 9 5 年我国管 道单位长度、单位时间内的漏水量平均值为3 o l m 3 h k m ，而国外平均值为1 3 m 3 h k m ，西欧等国的平均植为o 5 3m 3 h k m 3 1 。说明我国管网的漏水情况比国 外严重得多。 我国多数城市采用被动检漏法。而地下管道漏水直接流入河道、下水道或电 缆沟，始终不能形成明漏。而漏掉的水是经过加工处理的水，一方面损失水资源， 影响国民经济的发展和人民的生活；另一方面极大地损失了能源。因此，降低水 的漏耗也是城市自来水公司节能以及提高供水企业经济效益的一个重要方面。 1 2 1 城市供水漏失的种类 衡量供水漏失量最常用的指标是漏失率，即： 漏失率= 漏失水垂供水总量 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 由于管道漏失水量难以计算，因此国外常采用未计量水，即供水总量与售水 量的差额代替漏失量，通过其间接反映漏失状况。即： 未计量水率= ( 供水总量售水总量) 供水总量 未计量水主要包括漏失水、水表计量误差、消防绿化、环卫用水、无计量的 违法用水、漏收等用水。从某种意义来说，我们所说的漏失率实质上就是未计量 水率，也就是我们现在称之为的“产销差率”。 根据城市供水漏失率的定义，提高有效供水量，降低未计量水量或无效供水 量，是降低供水漏失率，发挥供水设施最大经济效益的重要途径。 根据城市运营情况，无效供水，即漏失水量主要包括以下几个方面： 1 、明漏( r e p o r t e db u r s t ) 指漏水已冒出地面的漏失【”。明漏水是城市无效供水量的主要因素之一，漏失 水量的大小与报漏和修漏的及时率有着密切关系。 ( 1 ) 爆管 即管材质量差、施工方法不当、管网压力变化大、管道腐蚀或外力作用等造成 管道的突然破损，供水量大量浪费。 ( 2 ) 长流水 由于城市建设的迅速发展，城市道路、建筑及相应设施的改造、迁移，使管道 被截、被移、被损，造成无人过问的长流水。 2 、暗漏( r e p o r t e db u r s t ) 指已发生漏水但还没有冒出地面的漏失【”。暗漏水是目前城市漏失水中最难控 制和不易发觉的问题，也是爆管的潜在因素。 3 、无计量违法用水 ( 1 ) 无计量的小商贩用水 由于利益驱动，擅自接水管，用水不计量，不交费的问题非常突出。 ( 2 ) 违章偷水 一些单位和用户利用城市中的供水设施偷水或减少流量，逃避收费。 4 、其它漏失 3 太原理_ t 大学硕七研究生学位论文 ( 1 ) 水表计量上的误差，导致漏失。 ( 2 ) 通过估水量以及抄表管理人员的违法行为造成漏失。 ( 3 ) 消防、绿化、环卫用水的统计误差造成漏失。 ( 4 ) 人情水造成漏收漏失等。 1 2 2 城市供水漏失原因的分析 1 、接口材料太硬太刚 刚性接口可挠性差，容易传递侧向力矩和轴向拉力，是造成接口漏水的主要 原因。管道特别是水泥管道的接口漏水，较多的是由于地基不均匀沉陷造成的。 2 、管材问题 5 1 目前我国的室外给水管道所采用的管材主要有灰口铸铁管、钢管、预应力钢筋 混凝土管、球墨铸铁管、石棉水泥管、镀锌管、塑料管等。比较南方某市1 9 9 9 2 0 0 0 年的爆管情况如表1 1 。由此看出，灰口铸铁管与镀锌管的破损比例最大。 表1 - 1 管材破损情况分析 t a b l e l - 1t h el e a k a g ea n a l y s i so f p i p em a t e r i a l 管材 狄口铸铁管镀锌管钢管 球墨铸铁管塑料管混凝土管 l 破损数 1 1 81 2 21 2632 8 3 、外部荷载 管道埋设深度不够或车辆荷载过重都将增加对管道的动荷载，从而导致管道 发生漏损，甚至爆管。 4 、管网工作压力 一般工作压力不宜选的过高。工作压力越高，发生管道破裂或接口破坏的可 能性越大：工作压力越低，漏水量越小，甚至当工作压力降到某一程度时就不会 漏水。 当供水距离较长或地面起伏较大，拟采用较高工作压力时，宜与分区供水方 案进行技术经济比较，并检查所选用流速( 成水力坡降) 是否经济合理。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 5 、温度影响 表1 - 2 所示为南方某城市四季的爆管的统计。 表1 - 2 不同季节爆管统计表 t a b l e l - 2t h ec h a r to f l e a k a g ep i p es t a t i s t i c so f d i f f e r e n ts e a s o n 季节春夏 秋冬 爆管数6 85 67 31 0 9 由此看出，冬季的爆管数最多。这是由于管内的水温和管外的土壤温度随季节 变化，管道本身也随温度的变化而发生伸缩变化，因而在管壁上产生相应的轴向 应力。由虎克定律可知管道冬天受轴向拉应力，夏天受轴向压应力，而管道的抗 压强度大于抗拉强度。 6 、施工质量问题 ( 1 ) 支墩后土壤松动。此问题会引起支墩后移，使弯头或t 形管移动。 ( 2 ) 管道基础不好。管沟的沟底不平，土壤会发生不均匀沉降，造成接口漏 水。 ( 3 ) 接口填料问题。如果石棉水泥接口敲打不密实，或膨胀水泥接口填料后 期胀力超过承口的强度都会导致漏损。 ( 4 ) 对水管的埋设虽有规定，但是常有埋浅的倾向。 ( 5 ) 数十年的给水管道安装，习惯了承插式接口的嵌、填、塞、打，而不善 于使用滑入式接口，或对滑入式接口安装技术掌握不严。接口漏水除温差因素及 人为因素外，其它找不到原因的往往都与施工质量有关。 7 、管道腐蚀 金属管道内壁防腐不好，由于管道周边土壤环境中的电腐蚀等因素以及出厂 水中需保持的余氯，都会造成铸铁管和钢管发生腐蚀，从而使管壁变薄，强度降 低，增加漏水几率。 造成管网漏损的原因很多，且相互作用。管网治漏并非短期可以完成的任务， 要做一个长期系统的计划，有步骤、有条理地进行。首先最基本的是要抓好管网 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 材料、施工质量关，加大老化管网的改造力度，积极推行新型材料，加强明漏、 暗漏的主动检测抢修，更重要的是要加强管网的管理与维护，逐步建立管线的计 算机管理系统，实现动态管理【6 】【1 0 1 。 1 2 3 供水管道的检漏方法 管网发生漏损是不可避免的，漏损量可以得到有效控制。漏损控制就是在区 域漏损评价的基础上，主动地、有计划地对管道进行检漏。加强漏损控制的目的 就是尽早发现漏点，减少漏点的漏损时间，降低漏损量。 目前，常用的漏损控制方法有被动检漏、主动检漏和压力调整法。 1 、被动检漏法 传统意义上的检漏方法，即被动检漏法，是一种最原始的捡漏方法，它是一 种主要以发现明漏为主的方法。主要靠专门的巡检人员根据管线图巡查及居民的 报漏来发现漏点，它虽然投入资金少，管理费用低，但是对暗漏和漏水点不是冒 水点的明漏很难发现和判断。因此，此种方法有很大的局限性，单凭此法并不能 将漏水率控制在一个较好的水平。 2 、主动检漏及措施 由于暗漏的检测难度大，而以往检漏工作只注意明漏，所以检漏工作一直停留 在被动检漏。随着市场经济体制的建立，供水企业逐渐由管理型向经营型转变， 管网的漏水量已成为影响供水企业效益的重要因素，因此，加强检漏，特别是暗 漏的检查工作己引起供水行业的高度重视。要做好暗漏的检查t i t - - ，需要变以往 的被动检漏为主动检漏。经济和科技的发展，为加大投入人力和物力，以及建立 具有一定技术水平的检漏队伍提供了条件，目前多数供水企业已采取了主动检漏 措施。 主动检漏的方法主要是听音检漏和相关仪检漏。从主观来说，检漏人员要 在实践中不断积累操作经验，才能应付各种复杂的漏点情况。检漏时听音检漏 和相关仪检漏是相互配合，相互补充的，大部分暗漏可以用听音检渭的方法确定， 少数漏点可由相关仪发现。但在实际使用中，相关仪的使用效率不如晰音检漏。 6 太原理工大学硕七研究生学位论文 从国外的检漏经验看，也以听音检漏为主要手段，配合使用相关仪，把相关仪用 于定期的管网漏损巡查。 3 、压力调整法 管道发生破裂与管网的运行压力密切相关，管网工作压力越高，发生管道破裂 或接口破坏的可能性越大；工作压力越低，漏水量越小，甚至当工作压力降到某 一程度时就不会漏水。因此，如果能降低管网压力到满足用户压力需求程度，便 可降低管网漏水量。实现管网压力降低，可通过遥控阀的开启度来调节流量，进 而控制压力。 1 2 4 管道泄漏的检测技术 1 、管道泄漏检测技术的分类 ( 1 ) 按检测方式划分 从检测的方式上可分为直接检漏法、间接检漏法两种b 。 直接检漏法主要采用人工巡视或通过沿管道周围埋设湿度或气敏传感器，利用 这些传感器直接感应泄漏流体，泄漏检测系统马上进行报警。该种检测方式的特点 是能精确地对泄漏地点进行定位。然而需要预先在管道周围埋设大量传感器和传 输装置，费用较高，且只能对已经泄漏的地点进行报警而不能提前预报泄漏地点。 间接测漏方法繁多，发展比较迅速。其基本原理是根据一些物理参数如磁通、 超声、涡流、压力波的变化或者物质平衡等方法对管道进行无损检测。它既可以 对已经泄漏的管道进行漏点定位，也可以根据管道壁厚、腐蚀程度等参数分析管道 的运行状态，对潜在的泄漏点进行提前检修，从而避免管道泄漏。随着电子技术、 计算机技术和人工智能技术的发展，目前这一类的检测方法已经从单一的物理参 数发展到了采用多参数，从静态模型分析方法发展到动态模型分析方法，从非实 时检测技术发展到在线实时检测技术( 如s c a d a ，s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 等。 ( 2 ) 按检测环境划分 从检测的环境上管道泄漏检测方法可分为管内检漏法和管外检漏法。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 管内检漏主要包括基于磁通、超声、涡流、录像等探测球法，这类检漏法较 准确但易发生堵塞、停运等严重事故。 管外检漏法主要包括热红外成像、探地雷达、气象成像、嗅觉传感法、放射 性示踪剂检漏法、负压波法、压力梯度法、神经网络法、光纤检漏法、质量或体 积平衡法、s c a d a ( 监控与数据采集系统) 、声波检测法、压力波检测法等，其费 用较低，检测准确速度快。目前这类方法在向实时在线检测和人工智能方面发展。 我国成功研制的g p r s 输水管道泄漏检测定位报警系统，丰富了管网漏损检测 手段，已于2 0 0 3 年应用于大庆供水公司红岗干线，经检漏实验，发现其检测的报 警位最与实际放水点基本吻合【1 4 1 。 2 、管道泄漏检测技术的前景 自上世纪7 0 年代以来，管道泄漏检测技术从简单的人工分段沿管线巡视发展 为较为复杂的软硬件相结合的方法，从静态模型分析方法发展到动态模型分析方 法，从非实时检测发展到在线实时检测技术，事实证明提高了管线泄漏检测的灵 敏度和准确定位，无疑是将来管网漏损检测的主要手段。 对管网泄漏检测系统的研究目前仍然处于初级阶段，即处于基础理论的研究阶 段。在现有条件下，要按照科学的最佳管道泄漏检测与定位方法技术组合的方案， 在现场运用中考虑各种检漏方法的特点，继续开发运用新型高效管道泄漏检测和 定位的自动化技术方法，迅速准确及时地采用恰当措施发现、控制和解决险情， 以便更好地保护和改善环境，保障人们的生命财产安全。 将泄漏检测与计算机结合起来，可对整个管网进行实时监控，一旦发生漏损， 自动报警系统发出警报，工作人员可根据系统给出的具体位置找到漏损点，以便 做到对其在第一时间进行抢修；甚至可以通过分析管道的特性，发现潜在的泄漏 点，对其进行提前检修，从而避免管道泄漏，这能在很大程度上减少供水企业的 损失，提高供水系统的安全性及供水保证率，提高供水企业的经济效益和服务效 一 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 3 课题的提出 综合以上，传统检漏方法有很大的局限性，不能将漏失率控制在一个较好的水 平。目前的供水管网系统，当故障发生时，只能依靠经验做出决策，故障反应速 度慢，人为因素直接影响判断的准确性。为了提高城市供水的安全性和供水企业 的效益，必须实现城市供水的优化调度和经济管理，应用现代测控技术、计算机 技术、网络技术建立现代化的供水调度系统。实践证明，用新的技术和手段代替 落后的管理模式，逐步完善管理制度，在管网普查的基础上借助计算机技术建立 供水管网数据库，可实现管网的动态管理，这对漏损的控制及检测起到积极的作 用。 管道泄漏检测技术的发展，提高了管道检漏的灵敏度和准确性，它虽然还处于 理论研究的初级阶段，但在实际验证、应用中的结果表明其发展前景不可估量。 本文就是针对管网调度管理中的漏损控制模型做出一定的研究，通过分析管网水 压的变化，找到管网发生异常的区域。如果将结果与现代高科技技术结合，可以 对管网实行实时监控，在第一时间找到漏损区域。 1 4 本文主要研究内容 1 41 研究方法 本课题根据少量测压点的压力值反推回管网所有节点的压力值，得到的是各 节点压力的真实值，然后根据这些压力数据建立趋势面模型。根据正常、异常的 趋势面对比分析，进而确定漏损区域。选择趋势面分析方法的理由： 1 、传统的优化模型也只是用有限的测压点数据来模拟管网的实时运转情况， 所以存在很大的弊端，而趋势面能拟合出整个管网各个节点的压力情况，使得离 散的压力分布成为一个连续的压力分布。通过对趋势面的分析结果所创建出来的 正常和异常趋势图和残差图的对比分析，可及时发现管网运行中出现的漏水点， 对控制管网漏损起到积极作用。 2 、对管网进行压力分析时，压力反映的是一个空间向量，城市的压力在一个 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 调度周期内存在一定的趋势性，这正好符合趋势面分析进行空间数据处理，建立 管网压力趋势模型的要求。 3 、趋势模型直接与城市管网的分布相对应，通过对趋势面的分析结果所创建 出来的趋势图和残差图都是直观而且鲜明的三维立体图，对其进行简单分析，即 可获得管网实时运行状况，这样就能及时发现管网运行中出现的问题，节约时间 和资金。 4 、趋势面分析速度快，方法简单，数据库小，占用计算机内存小，将来可与 优化调度管理系统结合起来，达到实时监控的目的。 1 4 2 研究的主要内容 l 、建立了利用有限测压点推求各节点压力的机制 通过利用测压点进行其它节点压力的真实性校f ，实现了在不加密测压点的 情况下了解整个管网节点压力的实时情况，可大大节省自控工程费用。 2 、建立了正常工况下和异常工况下的趋势面模型 管网类型不同，管网运行的状况不同，使得管网趋势面也不同，但是创建它 们的思想及方法根本相同。根据管网压力的趋势面方程，分别采用各种情况下的 管网各节点的真实压力值，求解出趋势面方程，绘制趋势面趋势图及残差图。 3 、提出了漏损区域的确定方法以及提高准确度的方法 ( 1 ) 漏损区域的确定方法 选用f 常压力趋势值与异常压力趋势值的差值缈确定漏损区域。残差除了包 括局部异常外，还包括随机干扰( 噪声) 以及系统误差，而趋势只包括系统误差， 所以通过研究管网正常与异常情况下的节点趋势压力差值的规律，确定漏损区 域的方法，可以排除随机干扰所造成的影响，提高漏损判定的准确性。仍然具 有一定趋势性，其趋势面方程即为正常、异常情况趋势方程之差，绘制趋势图， 可发现局部区域有较大下陷( 或上突) 。确定差值的正常取值范围，从而可确定 甜的异常区域，即得出发生漏损的管网的具体区域。再结合漏损检测仪能很快找 到漏损点，可以大大减少工作人员的工作量。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 2 ) 准确度 利用统计学上的小概率事件来确定的取值范围。 一= 蜃鬲声谢h 一观测 当差值面 0 时，差值的值小于一( 面+ a 盯) ，可以认为是小概率事件； 当差值面 0 ，差值的值小于何一兄盯) ，可以认为是小概率事件。 分析可知，五值越大，所得的的临界值的绝对值就越大，判断出来的漏损区 域就越小，由于的变化趋势不大，只在局部异常区域有较大变化，可以取值相 对小些，通过研究，取兄= 1 0 1 5 准确度较高。 1 4 3 本课题的创新点 通过查阅国内外的有关文献资料，认为本课题的创新点是： 1 、根据少量测压点的数据计算异常情况下的管网各节点压力 将f 常工况下测压点的压力值与该测压点管网平差值之间的差值作为闭合 差，校核管网平差的各环管段流量，从而计算出各节点的压力真实值；异常工况 下，将测压点的压力值与该测压点f 常工况下的压力值之差作为闭合差，校核正 常工况下的各环管段流量，再经计算可得到管网异常工况各节点的真实压力值， 这与正常工况各节点压力真实值的获得在思想上是根本一致的，只不过是异常工 况下省略了管网平差的步骤，而把正常工况下的压力值当作了平差结果。 2 、把趋势面分析引入到管网漏损的区域确定上，并建立了一整套比较完整的 方法与机制 选用f 常压力趋势值与异常压力趋势值的差值来确定漏损区域。残差除了 包括局部异常外，还包括随机干扰( 噪声) 以及系统误差，反映的是局部压力的 变化情况，即管网中局部压力变化特征，代表了局部控制因素、随机干扰因素的 存在，使得残差不能完全反映管网异常工况，只能对管网漏损现象进行粗略判断， 不是理想的判定漏损的方法：而趋势只包括系统误差，所以通过研究管网正常与 异常工况下的节点趋势压力差值的规律，确定漏损区域的方法，可以排除随机 11 太原理工大学硕士研究生学位论文 干扰所造成的影响，提高漏损判定的准确性。 3 、提出了提高漏损区准确度的方法 根据统计学上的小概率事件，确定了0 9 的取值范围，为确定漏损区域提供了 依据。 1 2 太原理 j 大学硕士研究生学位论文 第二章城市调度管理系统的漏损控制 2 1 生产管理调度系统的组成 由于生产调度管理是供水企业管理系统中涉及面广、工作量大、地位重要的 一部分，在供水企业管理调度系统中享有最高权重的优先权，所以将供水企业的 管理系统命名为供水企业管理调度系统。 供水管网生产调度系统由管网远程控制和检测系统、优化调度系统、漏损控 制、水量预测、水力模拟、事故分析六部分组成”。 2 1 1 管网远程控制和检测系统 1 、信息监控与采集系统( s c a d a 系统) 给水管网调度的s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 系统具有 检测覆盖面广，采集数量多，通信数据量大范围广且分散，可靠性要求高等特殊的 要求，它在给排水行业得到广泛的应用，取得了良好的经济效益与社会效益，已 形成了造福社会的产业规模，目前应用成熟的主要是测压、余氯检测，然后是管 网模拟，其它仍在研究阶段【1 6 1 。 现代给水管网调度s c a d a 系统包括中央调度控制系统，现场终端系统( 水厂 和管网测控站) 和信道系统。 调度中心集中管理和指挥整个调度系统的运行。调度中一i i , 的主要硬件设备有 计算机、通讯主台( 无线方式) 、打印机等必需得设备。计算机用来运行调度系统 软件( 常称作上位机软件) ，通讯主台用来和调度系统的各现场进行数据通讯，它 包括电源、无线调制解调器、电台、馈线、全向天线等。在调度中心运行的调度 系统软件是整个系统的灵魂。 现代化给水管网s c a d a 系统的调度控制中心采用网络化的体系结构，硬件平 台功能强大，系统软件运行于w i n 9 8 ，w i n 2 0 0 0 和w i n x p 等网络版本。目前，国内外 许多厂家都推出了基于窗口操作系统的s c a d a 组念软件。 数据监测与采集系统，即下位控制单元r t u 主要有三个功能：一是把现场仪 】3 太原理工大学硕士研究生学位论文 表输入的电信号转化成数字信息，并把这些数字信息传送到调度中心的计算机中： 二是把调度中心计算机发送来的控制信息转化成相应的电信号，输送到执行机构， 以完成控制过程；三是数据通讯功能，完成和上位机或其它设备的数据通讯。在 r t u 中用作数据输入输出( i o ) 模块的设备主要有两种：基于单片机的数据采集 模块和可编程控制器( p l c )