[发明专利]一种基于动态过程的供水管网暗漏识别方法

说明书

本发明公开了一种基于动态过程的管网暗漏识别方法。本发明首先求解供水管网压力监测点敏感度矩阵；其次基于K‑means++聚类将管网划为若干漏损分区。然后设计暗漏过程仿真实验，生成暗漏样本；并据此建立和训练基于随机森林的暗漏区域识别模型。最后根据实际压力、流量数据识别暗漏区域。本发明根据暗漏演化过程的水力仿真实验数据建立了暗漏区域识别模型，实现利用暗漏发生后压力和流量的演化趋势特征快速识别漏损分区,具有较高的识别精度和较强的可操作性。

技术领域

本发明属于城市供水管网领域，涉及一种供水管网的暗漏区域识别方法，具体是一种基于动态过程的管网暗漏识别方法。

背景技术

因为管道老化、开挖和施工质量等各种情况的影响，供水管网不可避免地存在着漏损。较大规模的泄漏容易被人们发现，一般称为明爆。规模较小的泄漏对管网不构成显著影响，以“暗漏”形式在管网中持续较长时间。通常暗漏漏失量不亚于爆管事故，甚至远远超过爆管，造成严重的水资源浪费，还会形成地基路基空洞引发建筑崩塌、路面坍陷等公共安全问题。所以，为了降低供水漏损，及时发现管网中存在的暗漏，避免次生灾害的产生，准确有效识别暗漏区域具有十分重要的现实意义。

现阶段，学者对供水管网明爆的检测研究较多^[1][2][3]，均围绕爆管时水力状态瞬时突变特点展开，但对暗漏的研究甚少。其中，瞬变检测法虽然是近十几年研究的热点，但实际仅限于单管漏损检测应用，对于供水管网的漏损检测则存在水力变化复杂、瞬变信号畸变等实际困难^[4]。水司对于供水管网暗漏的检测主要是按计划的漏损巡回检测。首先将供水管网实施DMA分区，检漏队伍按顺序依次对各个DMA分区进行人工排查。类似的，对于主干管网也是按区段安装permalog漏水巡视仪或人工检漏的方式对相应管段实行漏损检测。然而这种方法需要在排除正常用水时段的噪声干扰，在夜间用户用水量较少的情况下进行，而且较为依赖仪器的灵敏度和检漏工人的主观经验。按计划对管段先后检漏的方法存在一定缺陷，可能存在以下情况：未检漏的区域已存在暗漏，或已检漏的区域新出现暗漏。该方法实际执行时无法及时有效检测出暗漏。

参考文献：

[1]徐哲,熊晓锋,洪嘉鸣,等.数据驱动的城市供水管网异常事件侦测方法[J].浙江大学学报(工学版),2017(11):135-144.

[2]张清周.基于水力模型的供水管网压力管理与漏损区域识别研究[D].哈尔滨工业大学,2017.

[3]信昆仑；徐玮榕；周啸；颜合想；陶涛；李树平.一种基于压力扰动提取的供水管网爆管侦测方法[P].中国专利:CN109442221A,2019-03-08.

[4]郭新蕾,马慧敏,王涛,等.管网故障水力瞬变检测实验系统研发[J].水利学报,2019,50(03):27-36.

发明内容

针对供水管网暗漏恶化趋势不可逆转特点，本发明提出一种基于动态过程的管网暗漏识别方法，旨在识别供水管网中潜在的暗漏区域，以便及时发现具体暗漏点。

为实现以上目的，本发明采取以下步骤：

步骤1、求解供水管网压力监测点敏感度矩阵

(1)压力灵敏度矩阵

采用EPANET为供水管网建立水力模型，给节点n添加一个射流器系数的形式模拟漏损，可得监测点i压力的变化值ΔH_i和节点n自身压力变化值ΔH_n，从而求得监测点的灵敏度系数λ_ni，即可从数学角度量化节点之间由于漏损造成的压力变化，如式(1)：

据此，可计算得到所有压力监测点的灵敏度系数矩阵为：