[发明专利]一种针对供水管网水质监测系统的全局韧性高效评估方法

说明书

本发明公开了一种针对供水管网水质监测系统的全局韧性高效评估方法。本发明首次提出了基于水质监测点失效的水质监测系统全局韧性高效评估指标，用于评估不同数量监测点失效工况下，水质监测系统抵抗污染物入侵的能力。同时，本发明提出了基于数据驱动的污染事件数据库构建方法，在优化模型求解过程中，直接读取数据库中相关数据对目标函数进行计算，避免了反复运行水力和水质模拟导致的时间花销，与传统方法相比，提高了优化模型万倍以上的求解效率，尤其在解决大型复杂的实际供水管网问题时，优势尤为明显。本发明提出了监测点重要程度量化方法，通过维护优先级高的监测点，可以降低供水系统的水质安全风险，保障供水安全。

技术领域

本发明涉及市政工程和城市供水管网领域，具体涉及一种针对供水管网水质监测系统的全局韧性高效评估方法。

背景技术

供水管网承担着将水厂处理后的饮用水输送至居民用户的任务，因此与人民的生活健康息息相关。然而，由于管网本身拓扑结构的复杂性及覆盖范围广的特性，使得供水管网极易受到外界污染物的入侵。例如，2016年5月北京发生的中水管道错接事件，导致大量的污水进入供水管网，经过很长一段时间才被发现，严重危害了居民的生活健康。近年来，通过在供水管网中优化布置一定数量的水质监测点，实现了对污染物入侵的及时监测并报警，提高了水质监测系统对污染物入侵的感知能力。

水质监测点的优化布置主要分为两个过程：(1)确定监测点优化布置目标函数，例如，最小化监测时间、最大化监测覆盖率和最小化受污染水量等。监测点布置通常为多目标优化问题，即选取多个目标函数，从不同角度衡量水质监测点对入侵事件的感知能力。(2)使用优化算法求解多目标优化模型，考虑多个目标之间的权衡关系，确定最优的监测点优化布置方案。

基于水质监测点优化布置方案，建立水质监测系统，能够及时有效的监测污染物入侵事件。然而，评估水质监测系统对污染时间的监测能力除了考虑水质监测点的优化布置之外，还应考虑监测点的失效。管网中的水质监测仪器容易受到外界影响(例如，地下水淹没或人为蓄意破坏)或本身属性(例如，信号传输失败或计量误差)而导致失效。因此，对于一个给定的水质监测系统，非常有必要了解其在监测仪器失效工况下的韧性，即水质监测系统在不同数量和不同位置监测点失效情况下对污染入侵事件的监测能力，从而为降低供水系统的水质风险提供重要指导。然而，目前缺少对复杂供水系统水质监测系统的韧性评估方法。为弥补该空白，本发明首次提出了一种针对供水管网水质监测系统的全局韧性高效评估方法，旨在最大程度了解监测系统在仪器失效工况下的韧性，进而为降低供水系统的水质安全风险提供依据和支撑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提出了一种针对供水管网水质监测系统的全局韧性高效评估方法，对水质监测点失效进行全局韧性高效评估，以确定不同失效工况对监测系统能力的影响程度以及每个监测点的重要程度，进而实现水质监测系统的有效维护与管理，最大程度降低供水系统的水质安全风险，保障供水安全。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种针对供水管网水质监测系统的全局韧性高效评估方法，其步骤如下：

S1：建立全局韧性评估指标函数，具体公式如下：

式中，R_max(L),R_min(L),R_mean(L)分别为监测点失效等级为L时，水质监测系统全局韧性最大、最小、平均值；所述监测点失效等级为L表示失效监测点数量为L；表示监测点失效等级为L时，失效监测点组合方案集合，其中K为组合方案总数量；为监测点失效等级为L时，第k种组合方案的性能指标函数，k＝1,2,…K，定义如下：