供水管網(wǎng)剩余能量熵及可靠性評(píng)價(jià)研究.pdf

1、城市供水管網(wǎng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，擔(dān)負(fù)著從水源向千家萬(wàn)戶保持不間斷輸水的重任，任何導(dǎo)致用戶停水或不能及時(shí)獲得所需水量水壓的事故，都將對(duì)正常的社會(huì)生產(chǎn)和生活造成巨大的影響。研究并改善供水管網(wǎng)的可靠性，有效保障用戶對(duì)水量水壓的需求，對(duì)于提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以城市供水管網(wǎng)的可靠性為研究?jī)?nèi)容，建立了供水管網(wǎng)物理模型，然后基于物理模型研究了剩余能量熵作為供水管網(wǎng)可靠性指標(biāo)的可行性、供水管網(wǎng)可靠性的影響因素和可靠性評(píng)

2、價(jià)方法，為供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、診斷和維護(hù)提供依據(jù)。
　　針對(duì)實(shí)際供水管網(wǎng)的隱蔽性以及直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的艱巨性和風(fēng)險(xiǎn)性，提出利用物理模型研究供水管網(wǎng)中的可靠性問題。在搭建供水管網(wǎng)物理模型的基礎(chǔ)上，通過將物理模型中用戶節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成“壓力變送器-電動(dòng)球閥”的形式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶所需水量的模擬；通過控制管段上球閥的開度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理模型中管段海曾-威廉系數(shù)的模擬。將物理模型的試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)與EPANET的水力模擬運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表明物

3、理模型試驗(yàn)?zāi)茌^好地反映管網(wǎng)水力工況，滿足后續(xù)可靠性試驗(yàn)研究的精度要求。
　　針對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)冗余度高且剩余供水能力分布均勻的供水管網(wǎng)在應(yīng)對(duì)需水量增加、管段故障等事故方面能力強(qiáng)的特點(diǎn)，通過引入剩余能量因子表征管段的剩余供水能力并結(jié)合“熵”的理論，提出以剩余能量熵表征剩余能量因子在節(jié)點(diǎn)上游各管段間分布的均勻性，建立了供水管網(wǎng)剩余能量熵計(jì)算模型。依托物理模型工況試驗(yàn)對(duì)供水管網(wǎng)剩余能量熵作為可靠性度量指標(biāo)的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過采集相關(guān)工

4、況數(shù)據(jù)，計(jì)算了供水管網(wǎng)在各管段斷開工況下的剩余能量熵以及水量可靠度、水壓可靠度、流量熵、恢復(fù)力指數(shù)和剩余能量因子等可靠性指標(biāo)，通過與這些經(jīng)典的供水管網(wǎng)可靠性指標(biāo)進(jìn)行比較，結(jié)果顯示剩余能量熵與其它指標(biāo)間均存在很好的正相關(guān)關(guān)系，證實(shí)了以剩余能量熵作為供水管網(wǎng)可靠性度量指標(biāo)的可行性。
　　供水管網(wǎng)常面臨著節(jié)點(diǎn)需水量增加以及爆管等問題，從改善供水可靠性兼顧節(jié)能的角度出發(fā)，基于物理模型工況試驗(yàn)，分別研究了供水管網(wǎng)需水量增加導(dǎo)致可靠性降低的問

5、題以及供水管網(wǎng)爆管并關(guān)閥后的優(yōu)化調(diào)度問題，分別建立了基于用戶節(jié)點(diǎn)地面標(biāo)高的分區(qū)模型和以水泵運(yùn)行頻率為決策變量的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型。將兩個(gè)模型分別應(yīng)用于物理模型試驗(yàn)中，結(jié)果證實(shí)了兩種模型的可行性和有效性。
　　基于“爆管區(qū)域-爆管后果”模式，建立了供水管網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)模型。該模型將管段發(fā)生爆管的隨機(jī)性作為不確定性因素的來(lái)源，充分考慮了管段的可用度、用戶需水量的時(shí)變性、供水管網(wǎng)中閥門的布置情況以及優(yōu)化調(diào)度等影響可靠性的因素，能夠更真實(shí)、