一種供水管網(wǎng)多層級自動分區(qū)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種供水管網(wǎng)多層級自動分區(qū)方法，首先，劃分分區(qū)系統(tǒng)，供水系統(tǒng)由若干單元組成；與水池、水泵直接相連的區(qū)域稱為第一階層分區(qū)系統(tǒng)；在第一階層分區(qū)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再分多階層分區(qū)系統(tǒng)，每個分區(qū)為一個節(jié)點(diǎn)；通過多層級自動分區(qū)算法的評價函數(shù)計(jì)算，分區(qū)的數(shù)量由多到少逐漸合并，合并到一定階段出現(xiàn)N級區(qū)，再合并到一定階段出現(xiàn)規(guī)模更大的N?1級區(qū)，直到完成一級區(qū)；本發(fā)明對管網(wǎng)進(jìn)行多層級分區(qū)供水，可以平衡管網(wǎng)供水壓力，也可以減少爆管、降低漏損，同時也可以提高水質(zhì)，供水企業(yè)還可以方便管理每個區(qū)，提高了供水服務(wù)水平。
【專利說明】
一種供水管網(wǎng)多層級自動分區(qū)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及到供水管網(wǎng)運(yùn)行管理領(lǐng)域，更具體地，涉及到一種供水管網(wǎng)多層級自 動分區(qū)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，由于居民不斷向城市迀移，導(dǎo)致城市的規(guī)模不斷發(fā)展，城市用水量不斷增 加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2025年大約有3億人口迀移到城市，相當(dāng)于美國人口的總和，城市現(xiàn)有的供水 管網(wǎng)系統(tǒng)不足以滿足未來人口增長的需要。除此之外，由于城市管網(wǎng)規(guī)劃不足，再加上管網(wǎng) 的不斷老化，導(dǎo)致管網(wǎng)壓力分布不均，爆管事故頻發(fā)，對城市現(xiàn)有供水管網(wǎng)的安全性提出了 嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的城市供水管網(wǎng)大多都是整體的一個區(qū)，供水企業(yè)很難統(tǒng)計(jì)不同小區(qū)的 漏損情況，無形的增加了漏損率和管理難度。因此，需要對現(xiàn)有管網(wǎng)進(jìn)行多級分區(qū)規(guī)劃改 造，將供水管網(wǎng)分為若干階層系統(tǒng)，以滿足未來不斷增長的人口的用水需求。對管網(wǎng)進(jìn)行多 層級分區(qū)供水，可以平衡管網(wǎng)供水壓力，也可以減少爆管、降低漏損，同時也可以提高水質(zhì)， 供水企業(yè)還可以方便管理每個區(qū)，提高了供水服務(wù)水平。
[0003] 城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)傳統(tǒng)的分區(qū)方法是根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行劃分，不能夠?qū)崿F(xiàn)自動分 區(qū)，分區(qū)往往不合理，容易導(dǎo)致局部地區(qū)供水不足的情況發(fā)生，同時導(dǎo)致栗站水栗不能在高 效段運(yùn)行，產(chǎn)生能源浪費(fèi)的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種供水管網(wǎng)多層級自動分區(qū)方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0006] 步驟1，劃分分區(qū)系統(tǒng)，供水系統(tǒng)由若干單元組成；一個城市不能僅由一個規(guī)模龐 大結(jié)構(gòu)復(fù)雜的供水系統(tǒng)組成，需分為若干階層系統(tǒng)，與水池、水栗直接相連的區(qū)域稱為第一 階層分區(qū)系統(tǒng)；在第一階層分區(qū)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再分多階層分區(qū)系統(tǒng)，每個分區(qū)為一個節(jié) 點(diǎn)；如配水系統(tǒng)區(qū)塊化僅限于改善管網(wǎng)水質(zhì)，則根據(jù)水源水質(zhì)位置，地形及現(xiàn)有管網(wǎng)的規(guī)模 等可將配水系統(tǒng)分為大區(qū)或大~中區(qū)即可，如配水系統(tǒng)區(qū)塊化還兼有減漏與防漏目的，則 應(yīng)將管網(wǎng)分為大~中~小區(qū)，如小區(qū)域流量計(jì)過多時，可將小區(qū)域合并成若干中區(qū)域或大 區(qū)域，使幾個小區(qū)域的若干功能由一個中區(qū)域完成，形成三階層系統(tǒng)；
[0007] 步驟2,通過多層級自動分區(qū)算法評價管網(wǎng)分區(qū)好壞;所述多層級自動分區(qū)算法的 評價函數(shù)Q，具體的定義如下：
[0009] 上式中，Avw為管網(wǎng)的鄰接矩陣元素;Avw= 1表示節(jié)點(diǎn)v與節(jié)點(diǎn)w相連接，Avw = 0表示 節(jié)點(diǎn)v與節(jié)點(diǎn)w不連接;m=( Σ?Α?)/2表示管網(wǎng)中總的管道數(shù)量;kv= Σ?Α?表示與節(jié)點(diǎn)v相 連接的管道的總數(shù)量;3(cv，cw)表示指示函數(shù)，3( Cv，cw) = l表示節(jié)點(diǎn)ν和w屬于同一個分區(qū)， 5(cv，cw) = 0表示節(jié)點(diǎn)v和w屬于不同的分區(qū)。5(cv，cw)可以寫成Σ i5(Cv，i)5(Cw, i)的形式， 定義eij = [ Σ?Α?δ(0, i)5(cw, j) ]/2m以及ai = [ Σ vkv5(cv, i) ]/2m= Σ jeij，因此，評價函數(shù) Q可以寫成一下形式：
[0011 ]區(qū)域i與區(qū)域j和并成一個區(qū)域時，評價函數(shù)的增量為：
[0012] Δ Qij = 2(eij-aiaj)
[0013] 步驟3,分區(qū)的數(shù)量由多到少逐漸合并，合并到一定階段出現(xiàn)N級區(qū)，再合并到一定 階段出現(xiàn)規(guī)模更大的N-1級區(qū)，直到完成一級區(qū)。
[0014] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟2中多層級自動分區(qū)算法可實(shí)現(xiàn)城市供水管網(wǎng)三級分區(qū) 甚至更多級的分區(qū)。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有以下有益效果：
[0016] (1)本發(fā)明根據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果，給水工程師可以根據(jù)需要選擇不同的分區(qū)數(shù)量， 前期可以分幾個大區(qū)，然后在每個大區(qū)的基礎(chǔ)上繼續(xù)分為不同的小區(qū)，逐級對管網(wǎng)進(jìn)行改 造。
[0017] (2)對管網(wǎng)進(jìn)行多層級分區(qū)供水，可以平衡管網(wǎng)供水壓力，也可以減少爆管、降低 漏損，同時也可以提高水質(zhì)，供水企業(yè)還可以方便管理每個區(qū)，提高了供水服務(wù)水平。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明多層級自動分區(qū)方法計(jì)算流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。
[0020] 實(shí)施例，本發(fā)明方法計(jì)算流程圖如圖1所示，一種供水管網(wǎng)多層級自動分區(qū)方法， 具體步驟如下：
[0021] 步驟1，劃分分區(qū)系統(tǒng)，供水系統(tǒng)由若干單元組成；一個城市不能僅由一個規(guī)模龐 大結(jié)構(gòu)復(fù)雜的供水系統(tǒng)組成，需分為若干階層系統(tǒng)，與水池、水栗直接相連的區(qū)域稱為第一 階層分區(qū)系統(tǒng)；在第一階層分區(qū)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再分多階層分區(qū)系統(tǒng)，每個分區(qū)為一個節(jié) 點(diǎn)；如配水系統(tǒng)區(qū)塊化僅限于改善管網(wǎng)水質(zhì)，則根據(jù)水源水質(zhì)位置，地形及現(xiàn)有管網(wǎng)的規(guī)模 等可將配水系統(tǒng)分為大區(qū)或大~中區(qū)即可，如配水系統(tǒng)區(qū)塊化還兼有減漏與防漏目的，則 應(yīng)將管網(wǎng)分為大~中~小區(qū)，如小區(qū)域流量計(jì)過多時，可將小區(qū)域合并成若干中區(qū)域或大 區(qū)域，使幾個小區(qū)域的若干功能由一個中區(qū)域完成，形成三階層系統(tǒng)；
[0022] 步驟2,通過多層級自動分區(qū)算法評價管網(wǎng)分區(qū)好壞;所述多層級自動分區(qū)算法的 評價函數(shù)Q，具體的定義如下：
[0024] 上式中，A?為管網(wǎng)的鄰接矩陣元素;Avw=l表示節(jié)點(diǎn)v與節(jié)點(diǎn)w相連接，Α? = 0表示 節(jié)點(diǎn)v與節(jié)點(diǎn)w不連接;m=( Σ?Α?)/2表示管網(wǎng)中總的管道數(shù)量;kv= Σ?Α?表示與節(jié)點(diǎn)v相 連接的管道的總數(shù)量;3(cv，cw)表示指示函數(shù)，3(Cv，Cw) = l表示節(jié)點(diǎn)ν和w屬于同一個分區(qū)， δ (Cv，Cw) = 0表示節(jié)點(diǎn)v和w屬于不同的分區(qū)；δ (Cv，Cw)可以寫成Σ ?δ (Cv，i )δ (Cw，i)的形式， 定義eij = [ Σ?Α?δ(0, i)5(cw, j) ]/2m以及ai = [ Evkv5(cv, i) ]/2m= Σ jeij，因此，評價函數(shù) Q可以寫成一下形式：
[0026] 區(qū)域i與區(qū)域j和并成一個區(qū)域時，評價函數(shù)的增量為：
[0027] Δ Qij = 2(eij-aiaj)
[0028] 依次合并相鄰的區(qū)，并計(jì)算合并后的評價函數(shù)的增量△ ，選擇| △ |最大的兩 個區(qū)合并，并更新相應(yīng)的元素并將兩個區(qū)的行和列相加，同時更新評價函數(shù)Q = Q+max{ Δ Qij | } 0
[0029] 步驟3,重復(fù)步驟2,分區(qū)的數(shù)量由多到少逐漸合并，合并到一定階段出現(xiàn)N級區(qū)，再 合并到一定階段出現(xiàn)規(guī)模更大的N-1級區(qū)，直到完成一級區(qū)；
[0030]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對發(fā)明保護(hù)范圍 的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需 要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種供水管網(wǎng)多層級自動分區(qū)方法，其特征在于，具體步驟如下： 步驟1，劃分分區(qū)系統(tǒng)，供水系統(tǒng)由若干單元組成；一個城市不能僅由一個規(guī)模龐大結(jié) 構(gòu)復(fù)雜的供水系統(tǒng)組成，需分為若干階層系統(tǒng)，與水池、水累直接相連的區(qū)域稱為第一階層 分區(qū)系統(tǒng);在第一階層分區(qū)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再分多階層分區(qū)系統(tǒng)，每個分區(qū)為一個節(jié)點(diǎn)； 步驟2，通過多層級自動分區(qū)算法評價管網(wǎng)分區(qū)好壞;所述多層級自動分區(qū)算法的評價 函數(shù)Q，具體的定義如下：上式中，A?為管網(wǎng)的鄰接矩陣元素，A?=1表示節(jié)點(diǎn)V與節(jié)點(diǎn)W相連接，A?=0表示節(jié)點(diǎn)V 與節(jié)點(diǎn)W不連接;m=( Σ?Α?)/2表示管網(wǎng)中總的管道數(shù)量;kv= EwA?表示與節(jié)點(diǎn)V相連接的 管道的總數(shù)量；S(Cv，Cw)表示指示函數(shù)，S(Cv，Cw) = 1表示節(jié)點(diǎn)V和W屬于同一個分區(qū)，S(Cv, Cw)=0表示節(jié)點(diǎn)V和W屬于不同的分區(qū)；S(cv，cw)可W寫成Σiδ(cv，i)δ(cw，i)的形式，定義eij =[E?AvwS(Cv, i)S(Cw, j) ]/2mW及ai = [ EvkvS(Cv，i) ]/2m= Σ jeij，因此，評價函數(shù)Q可 W 寫成一下形式：區(qū)域i與區(qū)域j和并成一個區(qū)域時，評價函數(shù)的增量為： Δ Qij = 2(edj-a：iaj) 步驟3,分區(qū)的數(shù)量由多到少逐漸合并，合并到一定階段出現(xiàn)N級區(qū)，再合并到一定階段 出現(xiàn)規(guī)模更大的N-1級區(qū)，直到完成一級區(qū)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種供水管網(wǎng)多層級自動分區(qū)方法，其特征在于，所述步驟2 中多層級自動分區(qū)算法可實(shí)現(xiàn)城市供水管網(wǎng)Ξ級分區(qū)甚至更多級的分區(qū)。
【文檔編號】E03B1/02GK106088212SQ201610561590
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】唐勇, 陳圣鵬, 孫偉, 付磊, 周揚(yáng), 馮炎輝
【申請人】廣州京維智能科技有限公司