[发明专利]一种针对多水源供水管网的供水优化分区方法

说明书

本发明提供一种针对多水源供水管网的供水优化分区方法，包括：计算单位摩擦阻力、确定每个用水量节点的最大单位摩擦阻力、划分每个水源的供水区域、确定供水分界线集合。本发明可以为节水型城市建设提供技术支撑，具有一定的推广和实际工程应用价值。本发明具有原创性，是对目前多水源供水管网分区研究领域的一个重要补充，具有重要科学意义。

技术领域

本发明涉及市政工程和城市供水管网领域。

背景技术

近年来，随着人口增长以及城市化发展，我国城市供水管网系统结构也日趋复杂。通常具有多水源供水、管网结构错综复杂、压力分配不合理和运行管理难度大的特点。为解决这些问题，有必要对复杂多水源供水系统进行优化分区供水。多水源分区供水是国外供水管网采取的主要模式，目前在国内也开始研究并开展初步应用。供水优化分区不仅能有效的提高供水系统压力配置的合理性，进而降低管网漏损，还能最大程度的降低供水管网的水量输送时间(减少水龄)，进而降低管网水质发生二次污染的概率。因此，如何对多水源复杂供水管网进行有效的优化分区，以最大程度的提高系统的运行管理效率,是节水型城市建设以及国民经济发展的重要关键科学问题。

针对供水管网分区问题，国内外广大科研工作者主要是研究以漏损计量为目标的DMA分区，这种分区主要依据管网拓扑结构、天然边界条件(如河流等)以及用户类型(工业和居民)进行优化分区。管网拓扑结构分区主要是借助管段有向流搜寻管网各水源的供水区域、供水路径以及供水分界线，并应用管网水力模拟方法验证分区的合理性；天然边界条件分区是指依赖自然地形和地理条件，并结合日常运行管理经验进行水源优化分区；用户类型分区主要是根据不同用户类型(工业和居民)由不同水源供水。尽管这些方法具有输入参数少，构建方便的优点，但是缺乏对水源和用水用户水压、管网水质以及管网压力优化配置等因素的考虑，在大型供水管网应用上存在一定局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：为解决背景技术中多水源供水分区领域的瓶颈问题，提供一种针对多水源供水管网的供水优化分区方法，以实现多水源供水管网的全局水力水质优化分区，进而降低供水管网漏损、提高供水安全性和系统运行管理效率。

本方法的总体核心技术方案如下：

(1)计算单位摩擦阻力，具体计算公式如下：

式中，k表示管网内的水源，j表示管网内的用水量节点，f(k,j)表示水源k到用水量节点j的单位摩擦阻力，是本发明划分各水源供水区域的重要依据；L(k,j)为水源k＝1,…,K(K为管网内水源的总数目)到节点j＝1,…,N(N为管网内用水量节点的总数)的最短供水路径，由Dijkstra算法计算得到；E_k,E_j分别为水源k和用水量节点j的高程；P_k为水源k的自由水头；p_j为节点j的最小允许自由水头。

(2)确定每个用水量节点的最大单位摩擦阻力。由于每个用水量节点都可能由多个水源供水，根据公式1-1，每一个用水量节点j会得到K个不同的单位摩擦阻力，定义为单位摩阻集Ψ(k,j)为：

Ψ(k,j)＝[f(k＝1,j),f(k＝2,j),...,f(k＝K,j)]^T 1-2

本发明中认为最经济的供水路线为单位摩擦阻力最大化，因此查找单位摩阻集Ψ(k,j)中的最大单位摩擦阻力，其对应的水源可以定义为：

(3)划分每个水源的供水区域，具体计算公式如下：

Sub(k)＝{j:f_{max_source}(j)＝k,j∈{1,...N}} 1-4