WO2015123916A1 - 基于压力监测的管网节点流量计量与调度方法 - Google Patents

基于压力监测的管网节点流量计量与调度方法 Download PDF

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WO2015123916A1
WO2015123916A1 PCT/CN2014/074597 CN2014074597W WO2015123916A1 WO 2015123916 A1 WO2015123916 A1 WO 2015123916A1 CN 2014074597 W CN2014074597 W CN 2014074597W WO 2015123916 A1 WO2015123916 A1 WO 2015123916A1
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pipe
node
pipe network
flow
network
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PCT/CN2014/074597
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王荣合
平俊晖
孙继龙
肖朝红
梁燚
蔡亮
李珊珊
李思
邹剑
罗靖
王小雪
杨海波
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清华大学深圳研究生院
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/18—Arrangements for supervising or controlling working operations for measuring the quantity of conveyed product
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B7/00—Water main or service pipe systems
    • E03B7/003—Arrangement for testing of watertightness of water supply conduits

Definitions

  • the invention relates to the calculation, analysis and scheduling of the pipe network in the liquid and gas supply systems of the water supply system, the drainage system, the gas supply system, the heating system, the oil transportation system, the chemical industry, and the like, in particular, the pipe network node flow based on the pressure monitoring Measurement and scheduling methods.
  • the pipe network analysis calculation for scheduling is According to the following four equations, namely: energy equation, continuity equation, pump equation and nodal equation.
  • the basic data for the hydraulic analysis of the water supply network is the node flow, the pipe friction coefficient and the pump characteristic curve.
  • the process of hydraulic analysis calculation is: the monthly meter reading data of the user, according to the 3 ⁇ 4 water mode, converted to the node flow in seconds, or even directly assuming the node flow and the pipe friction coefficient, determined by the pipe network adjustment calculation.
  • the node head, and the node head calculated by the measured pressure and the difference is used to calculate and check the hydraulic model of the pipe network by adjusting the friction coefficient of the pipe section and the node flow.
  • the water distribution network scheduling method is to use the checked hydraulic model of the pipeline network, determine the node traffic determined by the water volume prediction, or perform the pipeline network scheduling according to the dispatcher's personal experience.
  • the SCADA monitoring point arrangement of the water supply network is carried out; according to the experience, the physical monitoring means such as hearing leakage or the checked hydraulic model of the pipe network, the water leakage point is determined; Determine the water leakage point and measure the leakage orifice area, estimate the water leakage of the water supply network through the water head; establish a water hammer analysis model according to the checked hydraulic model of the pipe network, the assumed node flow rate and the pipe friction coefficient; Pipe network hydraulic model, assumed node flow and pipe friction coefficient, fire flow safety analysis through standards determined by fire design specifications; pipe network hydraulic model based on manual experience, or verified network, assumed node flow and pipe segments Friction coefficient, emergency treatment of water supply network accidents through valve switch operation.
  • the current hydraulic calculation method for water supply network is based on the network traffic adjustment technology of node flow. Because the user's monthly meter reading data and water consumption change law are used to calculate the node flow, there is a big error, resulting in the hydraulic calculation result. The letter limits the application of hydraulic model technology in operational management.
  • the current hydraulic calculation model of the water supply network is a forward calculation model for calculating the water head of the node based on the node flow.
  • the main problem is the hydraulic power through the pipe network model based on the assumed or inaccurate node flow and pipe friction coefficient. Analysis and pump scheduling. Due to the uncertainty of node flow and pipe friction coefficient, the uncertainty of new pipelines, the uncertainty of valve switch, the uncertainty of fire and accident water use, etc., the pipe network model can only be used for planning and design. Work with engineering design plans, etc., limits the ffi of the pipe network model, resulting in energy waste, increased pipe bursts and increased water leakage for pipe network maintenance management.
  • the object of the present invention is to provide a flow metering and volume adjustment of a pipe network node based on pressure monitoring.
  • the method improves the accuracy of the flow measurement of the pipe network node, and can be applied to pipe network scheduling and leakage control.
  • a flow measurement and scheduling method for pipe network nodes based on pressure monitoring comprising the following steps: a. measuring the node pressure of a predetermined node in the pipe network, calculating a pipe based on the measured point node pressure based on the discrete point space interpolation calculation method The node head of all nodes in the network;
  • the above method also includes the following steps:
  • the above method also includes the following steps:
  • the above method also includes the following steps:
  • the pipe network model is checked.
  • the above method also includes the following steps:
  • the above method also includes the following steps:
  • the pipe network is a water supply and drainage pipe network, and the method further comprises: calculating a node head, a pipe section, a node flow, a determined monitoring point, an updated or checked pipe network model, and a measured node according to the calculated node Perform some or all of the parameters in the pressure and measured pipe section flow to perform one or more of the following tasks:
  • the pipe network is a pipe network for water supply, gas supply, heat supply, oil transportation or chemical liquid transportation
  • the method further comprises: calculating a node pressure, a pipe friction coefficient, a node flow rate, a determined monitoring point, a constructed or calibrated pipe network model, and some or all of the measured node pressure and measured pipe flow, the calculation of the pressure pipe network for water supply, gas supply, heat supply, oil transportation or chemical liquid transfer, Run management outside of analysis, scheduling, or scheduling.
  • the discrete point space interpolation calculation method is contour tracking method through triangulation or rectangular grid, irregular triangle linear interpolation method, region meshing and grid point numerical method, digital terrain (DTM) ) Method, Digital Elevation (DEM) method, or Hierarchical Model (LOD) method.
  • DTM digital terrain
  • DEM Digital Elevation
  • LOD Hierarchical Model
  • the spatial clustering algorithm is a partitioning method, a hierarchical method, a density algorithm, a grid algorithm, a model algorithm, a K-MEANS algorithm, a K-MEDOIDS algorithm, a Clara algorithm or a Clarans algorithm.
  • step e the pipe section flow is calculated according to the calculated head of each node, the friction coefficient of each pipe section, the pipe length and the pipe diameter, and the calculation method of static, quasi-dynamic, pseudo dynamic or dynamic head loss of the pipe section.
  • the node water head is determined according to the hypothetical or user node metering measured by monthly or quarterly meter reading and the pipe friction coefficient.
  • the present invention is based on the measured partial pipe section flow and partial node pressure, and is calculated.
  • the coefficient of friction of all nodes and the pipe section is calculated by reverse calculation of the pipe section flow. Then, according to the volume balance method, the flow of each node is calculated, and a flow metering and scheduling of the reverse pipe network based on pressure monitoring is realized.
  • the invention fundamentally breaks through the existing pipe network modeling and calculation method, and brings about a complete change for the real-time optimization scheduling of the pipe network, which can completely solve the problem of blind scheduling of the pipe network, and reduce the energy consumption, stabilize the pipe network pressure, and determine Leakage and leakage, reducing pipe network explosion rate and improving management level have important practical significance and prospects.
  • water supply scheduling and management will greatly improve the scheduling accuracy and accurately locate the water leakage and leakage.
  • the invention can be applied to various liquid and gas pressure supply systems of water supply and drainage pipe network, gas supply system, heating system, oil transportation system, chemical industry and the like and brings corresponding advantages.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a flow rate measurement and scheduling method for a pipe network node based on pressure monitoring according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a water head calculation method of a water supply network according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a diagram of a pipe network model of an exemplary embodiment
  • Figures 4a through 4c show the comparison of the 24hr measured head and the delayed hydraulic simulation of the example nodes J-148, J 136, and J-55 in the example with the baseline data.
  • the flow rate monitoring and scheduling method of the pipe network node based on the pressure monitoring is real-time monitoring data using the pressure of the urban water supply pipe network, and solving the nodes of the water supply network by using the discrete point space interpolation calculation method.
  • the principle of the same coefficient of mass resistance of the pipe segments is clustered, and the flow monitoring data is used to calculate the friction coefficient of each pipe segment.
  • the inverse solution method for the water head loss of the pipe segment is used to calculate the pipe segments.
  • Flow rate Calculate the flow rate of each node by using the node continuity equation and the volume balance method.
  • the calculation of the pipe network system can be carried out by measuring the flow rate of the pipe section and calculating the flow rate of the node.
  • the calculated node flow and pipe friction coefficient can also be used to calculate the forward adjustment of the pipe network; the pump characteristic curve and combination technology can also be used to perform real-time dispatch of the water supply network.
  • nodal head in this paper refers to the sum of the ground elevation at the pipe network node and the water pressure (pressure unit in “m water column”) for the water supply and drainage network.
  • pressure unit pressure unit in “m water column”
  • m water column pressure unit in “m water column”
  • it refers to the ground elevation at the pipe network node and the measured or calculated pressure at that point.
  • the flow network node flow metering and scheduling method based on pressure monitoring includes the following steps: And the grid point numerical method, digital terrain (DTM) method, digital elevation (DEM) method, hierarchical model (LOD) method, etc., calculate the node head of all nodes in the pipe network.
  • DTM digital terrain
  • DEM digital elevation
  • LOD hierarchical model
  • the measured pressure data Due to the dynamics of the water flow in the pipe network, the fluctuation of the pressure, and the influence of the gas content in the water, the measured pressure data is not constant, but fluctuates instantaneously. Therefore, it is important to obtain relatively stable pressure data.
  • the calculation principle of the preferred embodiment is based on the digital terrain model DTM (Digital Terrain Model) calculation principle, the ffi limited discrete monitoring points (x, y) coordinates and the monitoring head, through the irregular triangular network TIN (Triangulated Irregular Network ) and Lawsoii interpolation method to calculate the head of each node.
  • DTM Digital Terrain Model
  • TIN Triangulated Irregular Network
  • Lawsoii interpolation method to calculate the head of each node.
  • the basic approach is to create a large triangle or polygon and include all monitoring points.
  • the pipe network node to be calculated is connected with the three vertices of the triangle containing the node to form three new triangles, and then the new triangle is locally optimized according to the Lawson local optimization criterion to obtain the water head of the node.
  • the calculation process is shown in Figure 2.
  • J-1 to J-6 are pressure monitoring points
  • H-1 is a node in the pipe network that needs to calculate the water head.
  • A indicates the position of the water head calculation node in the monitoring point polygon;
  • B indicates that the monitoring point of the connection node is selected;
  • C indicates that the redundant monitoring point triangle connection edge is deleted;
  • D indicates that four new triangles are formed.
  • the measured ffi coefficient of each flow tube segment is determined by the measured flow rate and the calculated node head.
  • the pipelines are grouped by spatial clustering algorithm through historical data such as pipe, pipe diameter, area, pipeline flow rate, and working years to determine the friction coefficient of all pipe sections.
  • the flow monitoring method can be divided into two types, namely real-time monitoring and periodic measurement:
  • the flow rate to the node is positive, the flow rate of the flow node is negative, and the flow sum of all the pipe segments connected to the node is calculated, and the flow of this node can be obtained:
  • the number, location and density of monitoring points are determined based on the calculated node head, pipe friction coefficient and node flow, and the measured node pressure, total water supply and pipe flow.
  • the pressure monitoring points are arranged according to the following principles, namely: a. Pipe network boundary points: Obtain the pipe network boundary points, so that the polygons formed by the monitoring boundary points surround all the pipe network nodes that need to calculate the water head. b. Wait for the water source control point. These points are pipe network power
  • Node on the main pipe An important node connected to the main pipe.
  • the branch pipe pressure is the start of the water source point.
  • the water head at these points is passed through the main point.
  • the water head of the downstream branch pipe is calculated accurately. Therefore, the node on the main pipe is usually used as a pressure monitoring point.
  • the calculation of the difference between the head and the static simulation head of the pipe network is as follows: Firstly, based on the traditional pipe network model, the steady flow hydraulic calculation is performed, and the calculation head of each node is obtained. Then, using the above-mentioned pressure monitoring point arrangement principle, the head interpolation calculation based on the irregular triangulation is performed, and the interpolation calculation head of each node is obtained. The point where the difference between the two is the largest, as the monitoring point, the interpolation calculation is performed again until the interpolation calculation head and the simulated head difference of all the pipe network nodes all meet the accuracy requirements.
  • Flow monitoring point arrangement In order to calculate accurate node flow and pipe friction coefficient, it is necessary to perform flow monitoring on some pipe networks.
  • the specific arrangement method of the flow monitoring point can be the following two types:
  • the total flow rate into and out of the pipe network is the reference standard for verifying the correct calculation result of the node network flow.
  • the total flow of the pipe network is the sum of the pipe flow connected to the water source. Therefore, all directly connected to the water source and the water tower are connected.
  • the pipe section performs flow monitoring.
  • the pipe network model can be updated based on the calculated node flow and pipe friction coefficient for hydraulic analysis.
  • the pipe network model update process may include:
  • Pipe section Moss coefficient The variation of the pipe section Moss coefficient is very slow, and can be updated regularly by month, season or year. In this cycle, the friction coefficient of each calculation and storage can be averaged, or only the average of the last 3 to 5 days can be obtained, and the average value can be clustered according to the pipe segment analysis result for each tube in the model. The segmental friction factor is updated.
  • Node traffic update The new node traffic of all nodes calculated each time is stored in the result file, and the node traffic of the model database is updated.
  • 24h r extract 24hrs before the current time, 24hrs before the week, and 24hr continuous node flow a year ago, and calculate the water use for these three cases based on the node flow at the beginning of each 24hr. mode.
  • selecting the next 24h r patterns of water based on the current node and the selected water flow mode, the pump and the scheduling delay of a hydraulic analog 24hr.
  • the check process of the pipe network model can include:
  • the model after updating the node flow and the pipe friction coefficient is used to perform the steady-state or delayed hydraulic simulation; then compare the calculation node head and pipe flow of all monitoring points with the measured node pressure and pipe flow to find out Monitoring points that meet the accuracy requirements.
  • the preferred head accuracy is 0.3m, and the flow accuracy is ILZs;
  • the pipe network model based on the monitoring point pressure calculation is not limited by the model size. As long as the nodes of the boundary monitoring point polygon can be included, the head calculation can be performed. However, when there are few monitoring points and there are many nodes, the calculation error will increase as the node increases.
  • the pipe network model processing is performed by the following method,
  • the above method can achieve the purpose of reducing the number of monitoring points and improving the calculation accuracy.
  • the pipe network measurement and scheduling method may include the following steps:
  • the computer model of the pipe network can be established, which can include water supply facilities such as water pumps, water towers, high-level pools, water clearing pools, and pipe network facilities such as nodes, pipe sections, fire hydrants, valves, and water hammer protection.
  • water supply facilities such as water pumps, water towers, high-level pools, water clearing pools
  • pipe network facilities such as nodes, pipe sections, fire hydrants, valves, and water hammer protection.
  • the real-time or ⁇ real-time time series pressure data records of each monitoring point are extracted, and the noise processing, the mean value calculation, the moving average and the like can be used to extract or calculate the time of each monitoring point. Pressure data.
  • the flow data records of real-time or non-real-time time series of each monitoring point are extracted, and the traffic of each monitoring point can be extracted or calculated by techniques such as noise processing, mean calculation, and moving average. data.
  • the processing data of the pressure monitoring point it can be discrete by the discrete point space interpolation tracking method, the irregular triangle linear interpolation method, the area meshing and the grid point numerical method.
  • the point space interpolation calculation technique is used to calculate the head of the water supply area.
  • the water heads of all the nodes in the pipe network are extracted.
  • the calculation of the pipe friction coefficient can be carried out by all the head loss calculation formulas such as static, quasi-dynamic and dynamic.
  • topology of the pipe network according to the calculated coefficient of friction of the pipe segment, combined with historical data such as pipe, pipe diameter, region, pipeline flow rate, working life, etc., can be divided by method, hierarchical method, density algorithm, grid Algorithm, Model Algorithm, K MEANS, K- MEDOIDS, Clara
  • a clustering algorithm such as Clarans performs clustering of pipe segments based on the calculated friction coefficient.
  • the friction coefficient of each pipe section and the pipe diameter, the flow rate of each pipe section is calculated in reverse by the formulas of all head loss calculations such as static, quasi-dynamic and dynamic.
  • the node flow (water output) of each node is calculated by the water balance method.
  • Update pipe network _ also updates the pipe network model.
  • the location, quantity and density of real-time pressure monitoring points can also be determined based on model accuracy requirements.
  • the location, quantity and density of temporary pressure monitoring points can also be determined based on model accuracy requirements.
  • the location, quantity, and density of real-time pipe flow monitoring points can also be determined based on model accuracy requirements.
  • the discrete point data of the SCADA pressure monitoring is used, and the water head of each node is calculated by the triangulation interpolation algorithm; the node flow is calculated by the physical information of the node head and the pipe section; and the node flow is matched with the water head.
  • the method of the invention is applicable not only to the pressure water supply and drainage pipe network system such as urban water supply and drainage, regional water supply, indoor water supply and drainage, water supply and drainage in the reclamation area, but also to the pressure of liquid and gas such as gas, heat, oil transportation and chemical industry.
  • the pipe network system shown in Figure 3 consists of 250 pipe sections, 166 nodes, one water source, two water pumps and one water tower.
  • the pipe diameter ranges from DN50 to DN600.
  • the total length of the pipeline is 46.23km.
  • the water supply scale is 10,000m 3 .
  • the baseline water supply is 85.37L/S
  • the urban water supply mode is divided into Class I, Class II and scorpion residential areas, government water supply, commercial water supply, general industry, chemical industry, military industry: , school and agriculture ffi water top ten class.
  • the system is subjected to steady-state and 24-hour delay hydraulic simulation, and the pipe flow and the node head of the simulation calculation result are used as SCADA monitoring signals.
  • the coefficient of friction of the pipe section adopts the current friction coefficient and is not checked.
  • the SCADA signal format is shown in Table 1. It knife monitoring point (m) flow monitoring point (m 3 /s) hidden time signal source
  • Table 2 shows the results of the large-to-small sorting of the "check-monitor head" after all nodes are calculated. It can be seen that the maximum calculation error is only 0.0im, and the rest are all 0, and the calculation error is small.
  • the pipe network is cut by the pipe, so that the pipe network can be cylinderized, but the working state of the pipe network is not damaged, and the flow of each node and pipe segment is maintained as real traffic.
  • the cut pipe network model is shown in Figure 2, where the gray nodes and pipe segments are cut off pipe network facilities.
  • the pipe monitoring points are optimized according to the pressure monitoring point arrangement principle described above and the accuracy requirement of the water head calculation error of 0,3m.
  • the optimized pressure monitoring points are shown in the medium-sized points in Figure 3.
  • the optimized pressure monitoring points were 97, a decrease of 69, accounting for 41%.
  • Table 4 shows an example of the results obtained by sorting the "check-monitor head" from small to large after all nodes are calculated. It can be seen that the maximum absolute error is 0.26m, which meets the accuracy requirement of 0.3m.
  • the amount of water leakage and the point of water leakage are determined:
  • the node flow calculated by ffi can be determined by the amount of water leakage and the position of the water leakage point.
  • the current general leak detection accuracy is 10m3/br, and this embodiment also uses this precision.
  • the calculation error of 0.001 (ie, IL/s) is 150m3/day of total daily water.
  • the leakage calculation method used can be as follows:
  • a Store the calculated node traffic, calculate the total amount of water used for 24 hours on the last four days of all nodes once a day, and calculate the rate of change of the difference between the previous day (the first three days) and the current day. If it is not large, or all nodes have the same rate of change, then there is no water leak. If the rate of change is greater than 150m3/day, and the water consumption of the previous day and yesterday increases day by day, consider the node has new leaks.
  • J 136 is selected as the water leakage point, and the water leakage is 00m 3 /hr (2.78L/s).
  • the static simulation results are shown in Table 5, because the daily water volume of i ⁇ is more than the normal water consumption of 224.81m3/day. , and the water consumption is more than 150 m3/day, so there is a possibility of water leakage at this node.

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Abstract

一种基于压力监测的管网节点流量计量与调度方法，包括：实测管网中的预定节点的节点压力，根据所测的节点压力，基于离散点空间插值计算方法，计算出全部节点的节点水头；实测管网中的预定管段的管段流量，根据实测管段流量和计算的节点水头，确定各测流管段的摩阻系数，并根据管段摩阻系数，通过空间聚类算法对管道进行分组，确定全部管段的摩阻系数；根据计算的节点水头、管段摩阻系数、管长和管径，计算所有管段的管段流量；根据物量平衡原理，计算所有节点的节点流量，以便进行管网模型更新、校核、管网调度、漏耗量与漏耗点定位等管网维护与运行管理。该方法的应用，可大幅度降低能耗和减少漏耗，提高管网管理水平。

Description

基于压力监测的管网节点流量计量与调度方法
本发明涉及给水***、 排水***、 供气***、 供热***、 输油***、 化工等液体和气体供应***中的管网计算、 分析与调度， 尤其是一种基于 压力监测的管网节点流量计量与调度方法。 — ' 自 希腊阿基米德（Αρ μήδης, 公元前 287- 212 )提出流体静力学的 阿基米德定律以来， 列奥纳多.达.芬奇（Leonardo da Vinci, 1452- 1519 )提 出了水波与管流原理， 埃万杰利斯塔.托里拆利 （Evangdista Tonicelli , 1608 1647 ) 提出孔口出流流速计算的托里拆利定律， 艾萨克.牛顿 （Isaac Newton, 1643- 1727)提出牛顿流体力学理论，布莱兹 帕斯卡（Blaise Pascal, 1623-1662 )提出关于压强的帕斯卡定律，丹尼尔.伯努利（Daniel Bernoulli, 1700- 1782 ) 提出伯努利方程， 以及近代的达西-魏斯巴赫 (Darcy Weisbacb) 公式、 海曾-威廉（Hazen- Williams)公式， 和哈代.克罗斯法（ Hardy- cross ) 平差方法等， 上述所有的技术理论与方法， 都是以水流量为驱动， 进行基 于流量的水力计算与分析， 为科学的进步与发展、 工程设计与应用、 以及 给水管网的运行与管理作出重要贡献。
但是， 在实际的给水管网运行与管理中， 测量所有节点或用户每时每 刻的用水量是不现实的， 即准确的节点流量是不可能得到的， 以流量为驱 动的水力计算与分析技术， 在现实世界中有很大的局限性， 限制了给水管 网运行管理技术的发展。 在世界范围内， 人们至今仍采 ^人工经验调度方 法， 造成巨大的能源浪费和水量漏失。 更为严重的是， 人们甚至都不知道 水在什么地方漏失了。 因此， 检漏和探漏， 一直是给水管网工作者永恒的 工作和节能降耗的关键途径。 国际水协自 1985年发起的给水管网"比赛战 役（Battle Competitions ) "以来， 已经进行了给水管网 （BWN)、 感知水网 (BWSN), 模型校核 （BWCN) 和管网设计 （BWN- II) 等四次战役， 试 图在给水管网领域有所突破。 尽管取得了***的成果， 但一直没有突破基 于流量计算的传统思想。
随着信息科技的不断发展， 尤其是 SCADA***和物联网技术在给水 管网中广泛应用以来， 人们已通过智能感知技术， 对给水管网的实时调度 做了大量的研究与应用工作， 但仍然没有突破基于流量驱动的计算分析模 式， 致使 SCADA监测结果只能作为人工调度的一个观察指标。
当前的管网***如给水***、 排水***、 供气***、 供热***、 输油 ***、 化工等液体和气体压力供应***， 以给水管网***为例， 用于调度 的管网分析计算是根据如下四个方程进行的， 即： 能量方程、连续性方程、 水泵方程和节点方程。 给水管网水力分析计算的基础数据是节点流量、 管 段摩阻系数和水泵特性曲线。 水力分析计算的过程是， 利用 户的月抄表 数据， 按照) ¾水模式， 折算为以秒为单位的节点流量， 甚至直接假设节点 流量和管段摩阻系数， 通过管网平差计算， 确定节点水头， 并利用实测压 力和平差计算的节点水头， 通过调整管段摩阻系数和节点流量， 进行管网 水力模型计算和校核。 给水管网调度方法是， 利用校核的管网水力模型， 通过水量预测确定的节点流量，或根据调度员的个人经验，进行管网调度。 另外， 还根据经验或经校核的管网水力模型， 进行给水管网 SCADA监测 点布置； 根据经验、 通过听漏等物理监测手段或经校核的管网水力模型， 进行漏水点确定； 根据确定的漏水点和测量漏水孔口面积， 通过水头估算 给水管网漏水量； 根据经校核的管网水力模型、 假设的节点流量和管段摩 阻系数， 建立水锤分析模型； 根据经校核的管网水力模型、 假设的节点流 量和管段摩阻系数， 通过消防设计规范确定的标准， 进行消防流量安全分 析； 根据人工经验、 或经校核的管网水力模型、 假设的节点流量和管段摩 阻系数， 通过阀门开关操作进行给水管网事故应急处理。
当前的给水管网水力计算方法是基于节点流量的管网平差技术， 由于 通过用户的月抄表数据和用水变化规律来实现节点流量的计算， 存在很大 的误差， 造成水力什算结果不可信， 限制了水力模型技术在运行管理中的 应用。 当前的给水管网水力计算模型是一种根据节点流量来计算节点水头 的正向计算模型， 其存在的主要问题是依据假设或不准确的节点流量和管 段摩阻系数， 通过管网模型进行水力分析与水泵调度。 由于节点流量和管 段摩阻系数的不确定性、 新增管线的不确定性、 阀门开关的不确定性、 消 防与事故用水的不确定性等原因， 造成管网模型只能用来进行规划设计和 工程设计预案等工作， 限制了管网模型的作 ffi， 为管网维护管理造成能量 的浪费、 爆管的增加和漏水量的增加。
、 本发明的目的在于提供一种基于压力监测的管网节点流量计量与调 度方法， 提高管网节点流量计量的准确性， 并可以应用于管网调度和漏损 控制。
一种基于压力监测的管网节点流量计量与调度方法， 包括以下步骤： a. 实测管网中的预定节点的节点压力， 根据所测的节点压力， 基于离 散点空间插值计算方法， 计算出管网中的全部节点的节点水头；
b. 实测管网中的预定管段的管段流量，根据实测管段流量和计算的节 点水头， 确定各测流管段的摩阻系数， 并根据已计算出的管段摩阻系数， 通过空间聚类算法对管道进行分组， 确定管网中的全部管段的摩阻系数；
C. 根据计算的节点水头、 管段摩阻系数和管径， 计算所有管段的管段 流量， 再根据节点连续性方程和物量平衡方法， 计算管网中的所有节点的 节点流量， 以便用于所述管网的管网模型精确度校核或管网模型更新或所 述管网的分析、 调度或调度外的运行管理。
上述方法还包括以下步骤：
d. 至少根据节点流量更新管网模型，还可以根据管段摩阻系数更新管 网模型。
上述方法还包括以下步骤：
e. 根据†算的节点水头、 管段摩阻系数和节点流量， 实测的节点压力 和管段流量， 以及管网模型精度要求， 确定监测点的数量、 位置和密度。
上述方法还包括以下步骤：
£根据计算的节点水头、 管段摩阪系数、 节点流量和确定的监测点， 实测的节点压力、管网供给量和实测的管段流量， 以及管网模型精度要求， 进行管网模型的校核。
上述方法还包括以下步骤：
g.根据计算的节点水头、 管段摩阻系数、 节点流量和确定的监测点和 经校核的管网模型， 进行管网水力分析。
上述方法还包括以下步骤：
对为满足计算精度要求而增加的监测点进行节点压力和管段流量监 测， 重新进行步骤 a至 c或歩骤 a至 f。
所述管网为给排水管网， 所述方法还包括： 根据计算的节点水头、 管 段摩阪系数、 节点流量、 确定的监测点、 更新的或经校核的管网模型、 以 及实测的节点压力和实测的管段流量中的部分和全部参数， 实施以下各项 任务中的一项或多项：
进行基于组合水泵特性曲线的实时和 /或非实时水泵调度； 进行水 Γ产水量生产调度；
进行重力供水***的阀门开关和压力调节调度；
进行管网的漏水量分析；
进行管网的漏水点位置确定；
进行管网的瞬变流或水锤分析；
进行管网的消防流量计算分析；
进行管网的应急处理；
进行管网的爆管分析；
进行管网的操作训练与应用；
或者， 所述管网为供水、 供气、 供热、 输油或输化工液体的管网， 所述方法还包括： 根据计算的节点压力、 管段摩阻系数、 节点流量、 确定 的监测点、 构建的或经校核的管网模型、 以及实测的节点压力和实测的管 段流量中的部分和全部参数， 实施供水、 供气、 供热、 输油或输化工液体 的压力管网的计算、 分析、 调度或调度外的运行管理。
步骤 a中， 所述离散点空间插值计算方法为通过三角网或矩形网格的 等值线追踪法、 不规则三角形线性插值法、 区域网格化与网格点数值化方 法、 数字地形 （DTM) 方法、 数字高程 （DEM) 方法或层次模型 （LOD) 方法。
步骤 b中， 所述空间聚类算法为划分法、 层次法、 密度算法、 网格算 法、 模型算法、 K- MEANS算法、 K- MEDOIDS算法、 Clara算法或 Clarans 算法。
步骤 e中，管段流量是根据计算的各节点的水头、各管段的摩阻系数、 管长和管径， 通过管段静态、 准动态、 拟动态或动态水头损失计算方法什 算的。
本发明的有益技术效果：
不同于当前的管网***分析是依据假设的或用户按月或季度抄表计 量的节点流量以及管段摩阻系数来确定节点水头， 本发明是基于实测的部 分管段流量和部分节点压力， 计算的所有节点水头以及管段摩阻系数， 进 行管段流量反向计算， 再根据物量平衡法， 计算出各节点的流量， 实现一 种基于压力监测的反向管网节点流量计量与调度。 本发明根本性地突破了 现有的管网建模与计算方法， 为管网实时优化调度带来彻底改变， 可彻底 解决管网盲目调度的问题， 对于降低能耗、 稳定管网压力、 确定漏点和漏 量、减少管网爆管率和提高管理水平， 有重要现实意义和应 前景。例如， 基于供水管网的压力监测数据， 进行供水调度与管理， 将会大大提高调度 精度， 还可准确定位漏水点与漏水量。 本发明可适用于各种给排水管网、 供气***、 供热***、 输油***、 化工等液体和气体压力供应***并带来 相应的优点。
附图说明
图 1为本发明基于压力监测的管网节点流量计量与调度方法一种实施 例的示意图；
图 2 为本发明实施例中的给水管网水头计算方法示意图；
图 3 为一个示范性实例的管网模型图；
图 4a至 4c为实例中示例节点 J- 148、 J 136、 J-55的 24hr实测水头与 延时水力模拟什算水头结果与基础数据的比较。 ί ^下结合附图对本发明的实施例作详细说明。 应该强调的是， 下述说 明仅仅是示例性的， 而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图 1， 在一些实施例里， 基于压力监测的管网节点流量计量与调 度方法， 是利用城市供水管网的压力实时监测数据， 通过离散点空间插值 计算方法， 求解给水管网各节点的水头； 通过对管段的聚类分析， 把管段 按摩阻系数相同的原则进行聚类分组， 利用流量监测数据， 计算各管段的 摩 ffi系数； 利用管段水头损失的反向求解方法， 计算各管段的流量； 利用 节点连续性方程和物量平衡方法， 计算各节点的流量。 并可通过实测管段 流量和节点计算流量， 进行管网***的校核计算。 还可利用计算的节点流 量和管段摩阻系数， 进行管网的正向平差计算； 还可利 水泵特性曲线与 组合技术， 进行给水管网的实时调度。
本文中的 "节点水头"， 对于给排水管网来说， 是指管网节点处的地 面高程与水的压力 (压力单位以 " m水柱"计)之和， 对于其它类型液体或 是气体的管网来说， 是指管网节点处的地面标高与该点的测量或计算压力
(压力单位以 " ΠΊ物质高度"计） 之和。
在一些实施例里， 基于压力监测的管网节点流量计量与调度方法包括 以下步骤： 化与网格点数值化方法、数字地形（DTM)方法、数字高程（DEM)方法、 层次模型 （LOD) 方法等， 计算出管网中的全部节点的节点水头。
由于管网中水流的动态性、 压力的波动性， 以及水中气体含量的影响 等， 实测压力数据不是恒定的， 而是瞬间波动的。 因此， 获得相对稳定的 压力数据至关重要。 在一种优选的实施例里， 压力监测频率采用 5-10 次 /mm, 取 2- 5min进行移动平均， 对压力移动平均值突变的数据进行实时传 送，而正常数据每 15min打包传送。这一方法有利于及时进行水泵的调节， 并且可以快速定位爆管点及漏水量。
较佳实施例的计算原理是， 基于数字地形模型 DTM (Digital Terrain Model) 计算原理， 利 ffi有限的离散监测点的 （x,y) 坐标和监测水头， 通 过不规则三角网 TIN (Triangulated Irregular Network) 和 Lawsoii插值法， 计算各节点的水头。 基本方法是， 建立一个大的三角形或多边形， 并包含 所有监测点。 把要计算的管网节点， 与包含该节点的三角形的三个顶点相 连， 形成三个新三角形， 再根据 Lawson局部优化准则对新三角形进行局 部优化， 求得该节点的水头。计算过程如图 2所示， 图中 J- 1至 J- 6为压力 监测点， H-1为管网中一个需要计算水头的节点。 （A) 表示水头计算节点 在监测点多边形的位置； （B )表示选择连接节点的监测点； （C )表示删除 多余的监测点三角形连接边； （D) 表示形成四个新的三角形。
管段摩阻系数聚类计算
通过实测流量和计算的节点水头，进行各测流管段的摩 ffi系数确定。根 据已计算出的管段摩阻系数， 通过管材、 管径、 所在地区、 管道流速、 工 作年限等历史资料， 通过空间聚类算法对管道进行分组， 从而确定所有管 段的摩阻系数。
其中流量监测方法可分为二种， 即实时监测和定期测量：
1 ) 实时监测： 在非常重要的管段上， 进行流量实时监测。
2 ) 定期测量：定期对有代表性的管段进行测量， 以获取真实的管道 摩阻系数。 把定期对管道摩阻系数进行测量作为管网运行管理的一 种手段， 是可行和有利的。
以海曾 -威廉水头损失计算公式为例， 管道摩阻系数（海曾烕廉公式系 数 C ) 计算方法为： 、 - a, = 丽 Π 因此， 海曾-烕廉系数 c为：
Figure imgf000009_0001
式中， L为二个节点管段的管长 (m); D为管段管径 （m); H为各监 测节点的测量水头 （压力 -地面标高， 单位是 m); q为监测管段的测量流 量 (m3/s); i和 j为节点编号。
节点流量计算
先根据 i†算的节点水头、管段摩 ffi系数、管长和管径，通过管段静态、 准 （拟） 动态、 及动态等所有水头损失计算公式， 进行管段流量的反向计 算， 再根据水量平衡法， 计算各节点的流量。
具体来说， 根据水头损失计算公式 （1) 得到-
Figure imgf000009_0002
根据水流的连续性方程原理，把流向节点的水量为正值，流离节点的流 量为负值， 计算与节点相连的所有管段的流量和， 即可得到这一节点的流 量：
Qi = ¾ (4) 式中， C为海曾威廉系数； L为二个节点管段的管长 (m); D为管段 管径 (m); H为各节点的计算水头 (m); F为计算的管段流量 (m3/s); Q 为 i†算的节点流量（m3/s); i和」为节点编号； m为与节点1相连的管段数。
监测点位置确定
根据计算的节点水头、 管段摩阻系数和节点流量， 以及实测的节点压 力、 各水厂总供水量和管段流量， 进行监测点数量、 位置和密度的确定。
基于节点水头计算原理， 压力监测点布置按照如下几个原则， 即： a. 管网边界点： 获取管网边界点， 使监测边界点形成的多边形包围需 要计算水头的所有管网节点。 b. 等水源控制点。 这些点是管网动力
Figure imgf000010_0001
C. 主干管上节点： 与主干管相连的重要节点。 支管压力是 水源点开 始， 通过主 传递下来的， 这些点的水头准确了， 下游支管的节 点水头计算就会准确。 因此， 主干管上节点通常作为压力监测点。 d. 插值计算水头与管网静态模拟水头差别较大的点： 首先以传统管网 模型为基础， 进行稳态流水力计算， 得到各节点的计算水头。 再利 用上述压力监测点布置原则， 进行基于不规则三角网的水头插值计 算， 得到各节点的插值计算水头。 把二者差别较最大的点， 作为监 测点， 再次进行插值计算， 直到所有管网节点的插值计算水头和模 拟计算水头差全部满足精度要求为止。
流量监测点布置：为了计算准确的节点流量和管段摩阻系数，需要对一 些管网进行流量监测。 流量监测点的具体布置方法可以是以下二种：
a. 进出管网的总流量是校核管网节点流量计算结果正确与否的参考标 准， 管网总流量即为与水源相连的管段流量之和， 因此， 对与水源 和水塔直接相连的所有管段进行流量监测。
b. 对通过管段聚类算法， 每一类中选择一根管进行监测。 一般情况 选择流量大， 且易于安装流量计的管段。 可根据计算的节点流量和管段摩阻系数， 更新管网模型， 进行水力与 析。 具体来说， 管网模型更新过程可以包括：
a.管段摩阪系数： 管段摩阪系数变化是非常缓慢的， 可按月、 季或年 进行定期的更新。在这一周期内， 可把每次计算并存贮的摩阻系数 求平均值， 或只求最近 3- 5日的平均值， 把平均值按照管段聚类分 析结果， 对模型中每根管段的摩 ffi系数进行更新。
b.节点流量更新： 把每次计算的所有节点的新节点流量存贮在结果文 件中， 并更新模型数据库的节点流量。 以 24hr为单位， 分别提取 当前时间之前的 24hr、 一周前的 24hr， 及一年前的 24hr的连续的 节点流量， 以各自 24hr开始时的节点流量为基准， 求出这三种情 况的用水模式。通过用户选择或自动选择的方式， 选择下一个 24hr 的用水模式， 根据当前的节点流量和选定的用水模式， 进行下一个 24hr的水泵调度及延时水力模拟。 管网模型校核
根据计算的节点水头、 管段摩阻系数、 节点流量、 确定的监测点、 以 及实测压力、 各水 Γ供水量和实测管段流量， 通过管网平差等水力分析， 按照管网模型精度要求， 进行管网模型的校核。 具体来说， 管网模型的校 核过程可以包括：
a.把更新节点流量和管段摩阻系数后的模型， 进行稳态或延时水力模 拟；再把所有监测点的计算节点水头和管段流量与实测的节点压力 和管段流量相比较， 找出不满足精度要求的监测点。优选的水头精 度为 0.3m,流量精度为 ILZs;
b.对不满足水头精度要求的节点， 考虑增加监测点。
c. 量精度要求的管段， 考虑细化管段分组， 并增加管段流
Figure imgf000011_0001
基于监测点压力计算的管网模型， 是不受模型规模限制的， 只要边界 监测点多边形能够包括的节点， 都可以进行水头计算。 但是， 当监测点少 而†算节点多， 计算误差会随节点的增加而增大。 优选地， 采用如下方法 进行管网模型处理，
切除支管： 通过模型裁剪方法， 把支管***全部剪除； 或
切除支管小区： 把只有一根管供水的小区剪除。
上述方法可达到既能减少监测点数量又能提高计算精度的目的。
管网水力分析及应用范围如图 1所示， 在一种实施例中， 管网测量与 调度方法可以包括以下歩骤：
根据管网的拓朴关系图， 建立管网计算机模型， 可以包括水泵、水塔、 高位水池、 水 Γ清水池等供水设施， 以及节点、 管段、 消火栓、 阀门、 水 锤防护等管网设施。
根据已有的管网压力监测***， 提取各监测点的实时或 Φ实时的时间 序列的压力数据记录， 可以通过噪声处理、 均值计算、 移动平均等技术， 提取或计算各监测点某一时刻的压力数据。
根据已有的管段流量监测***， 提取各监测点的实时或非实时的时间 序列的流量数据记录， 可以通过噪声处理、 均值计算、 移动平均等技术， 提取或计算各监测点某一时刻的流量数据。
根据压力监测点的处理数据， 可以通过矩形网格的离散点空间插值追 踪法、 不规则三角形线性插值法、 区域网格化与网格点数值化方法等离散 点空间插值计算技术， 进行供水区的水头计算。
根据供水区的离散点空间插值水头计算结果， 提取管网中所有节点的 水头。
也可以采用根据监测点压力进行节点水头计算的所有其它方法。
根据各节点的计算水头、 以及监测管段的监测流量和管径， 可以通过 管段静态、 准 （拟） 动态、 及动态等所有水头损失 i†算公式， 进行管段摩 阻系数的计算。
根据管网拓朴结构， 根据已计算出的管段摩阻系数， 并可结合管材、 管径、 所在地区、 管道流速、 工作年限等历史资料， 可通过划分法、 层次 法、 密度算法、 网格算法、 模型算法、 K MEANS、 K- MEDOIDS、 Clara
Clarans等聚类算法， 对管段进行基于已计算摩阻系数的管段聚类。
根据管段聚类分析结果， 确定所有管段的摩 ffi系数。
根据各节点的什算水头、 各管段的摩阻系数和管径， 通过管段静态、 准（拟）动态、及动态等所有水头损失计算公式， 反向计算各管段的流量。
根据水流连续性方程， 通过水量平衡法， 计算各节点的节点流量 （出 水量）。
更新管网的
Figure imgf000012_0001
_也即更新管网模型。
还可以根据模型精确度要求， 进行实时压力监测点位置、 数量和密度 的确定。
还可以根据模型精确度要求， 进行临时压力监测点位置、 数量和密度 的确定。
还可以根据模型精确度要求， 进行实时管段流量监测点位置、 数量和 密度的确定。
还可以根据模型精确度要求， 进行临时管段流量监测点位置、 数量和 密度的确定。
还可以根据计算的节点水头、 管段摩阻系数、 节点流量、 确定的监测 点、 以及实测压力、 各水厂供水 i：和实测管段流量， 以及管网模型精度要 机水力模型构建。
还可以根据计算的节点水头、 管段摩阻系数、 节点流量、 确定的监测 点、 所建立的或经校核的管网模型、 以及实测的节点压力和实测的管段流 量中的部分和全部参数， 进行： 基于组合水泵特性曲线的实时与非实时调 度； 基于计算水量的水厂生产调度； 重力供水***的阀门开关和压力调节 等调度； 管网的漏水分析； 管网的漏水点位置确定； 管网的瞬变流或水锤 分析； 管网的消防流量计算分析； 管网的应急处理； 管网的爆管分析； 管 网的操作训练与应用。
根据本发明优选的实施例， 利用 SCADA压力监测的离散点数据， 通 过三角网插值算法， 计算各节点的水头； 通过节点水头和管段物理信息， 计算节点流量； 再利用节点流量和水头相配合， 进行管网的调度管理、 漏 耗控制、 DMA等应用， 从而使给水管网运行管理带来显著优化。
本发明的方法， 不仅适用于城市给排水、 区域给撙水、 室内给排水、 Γ区给排水等压力给排水管网***， 还适用于煤气、 热力、 输油、 化工等 液体与气体的压力管网计算、 分析、 调度、 运行与管理。 如图 3所示的管网***， 由 250根管段、 166个节点、 一个水源、 二 台水泵和一个水塔组成， 管径从 DN50至 DN600, 管线总长度 46.23km, 供水规模 1万 m3/天， 基准供水量 85.37L/S , 城市供水模式分为 I类、 II类 和 ΠΙ类居住区、 政府供水、 商业供水、 一般工业、 化工工业、 军工工 : 、 学校和农业 ffi水十大类。对***进行稳态和 24小时延时水力模拟，把模拟 计算结果的管段流量和节点水头作为 SCADA监测信号。 管段摩阻系数采 用当前的摩阻系数， 不进行校核计算。
对管网进行如下三个方面的节点流量反演计算：
I ) 对管网全部节点进行压力监测；
2 ) 对简化管网全部节点进行压力监测；
3 ) 满足精度要求的简化管网最少监测点选择。
图 3中，所有节点为全管网模型,灰度点是为管网简化而剪切掉的支管， 中等大小的点为满足压力精度要求的最少管网监测点布置， 最大的三点为 进行 24hr模拟的点。
SCADA信号格式如表 1所示。 it刀监 点 (m) 流量监测点 (m3/s) 隐 时间 信号源
T- 1 J- 120 J- 119 J- 118 P~l P-46 P-45
2/6/14 12:00 AM Signal- 1 176.78 171.46 171.46 171.48 0.08 0.04 0.04
2/6/14 12:50 AM: Signal- 1 176.78 174,29 174.30 174,3 0.08 0,03 0,03
2/6/14 1 :00 AM Signal- 1 177.05 174,56 174.56 174.58 0.08 0,03 0,03
2/6/14 2:00 AM Signal- 1 1.77,31 174,82 174.82 174.84 0.08 0,03 0,03 在管网的所有节点上进行压力监测， 如表 2"监测水头"， 在水库和水塔 连接管上进行流量监测， 管道摩阻系数采用管网计算摩阻系数。 利用监测 数据， 进行管网各节点的水头计算， 结果如表 2"插值计算水头"； 利用计 算水头， 进行节点流量的预测， 如表 2"计算节点流量"； 利用计算节点流 量， 进行管网水力平差计算， 计算结果如表 2"校核计算水头"。 为了便于 结果分析， 再求插值计算水头和监测水头的差值， 以及校核计算水头与监 测水头的差值。
表 2是对所有节点计算后， 通过对 "校核 -监测水头"丛大到小排序得到 的结果， 可以看出， 最大的计算误差只有 0.0im， 其余全为 0, 计算误差 很小。
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0002
对管网进行支管剪切， 这样可以筒化管网， 但不会破坏管网的工作状 态，仍保持各节点和管段流量为真实流量。剪切后的管网模型如图 2所示， 其中的灰度节点和管段为切除掉的管网设施。
对管网简化后，把所有剩余的节点进行压力监测，再进行各节点的水头 和节点流量预测， 再通过节点流量进行管网平差计算。 什算结果如表 3所 从表中可以看出， 计算误差全为 0。
表 3 简化管网全部节点监测的计算结果
j； r-
Figure imgf000015_0001
为了减少压力监测点的数量， 按照前面介绍的压力监测点布置原则， 以及水头计算误差 0，3m 的精度要求， 优化管网监测点。 优化后的压力监 测点如图 3中等大小的点所示， 优化后的压力监测点为 97个， 减少了 69 个， 占 41%。
表 4是对所有节点 i†算后， 通过对 "校核 -监测水头"从小到大排序得到 的结果示例。 可以看出， 最大绝对误差为 0.26m， 满足 0.3m的精度要求。
表 4 节点"校核-监测水头"排序结果示例
插值- 校核- 监测水 插值 it 11 - -ίη 校核计
监测 监測
标号 头 算水头 単. 算水头
水头 水头
( ni) (m) (L/s) (m)
(m) (m)
J-148 173.51 173.51 0.56 173,25 0.00 -0.26
J-52 173.77 1.51 173,51 0.00 -0.26
J-30 173.61 173.61 2.36 173,35 0.00 -0.26
J-3 177.15 177.15 0.19 177.15 0.00 0.00
J-1.35 174.21 174.21 0.24 174.47 0.00 0.26
J-136 174.25 174.25 7.11 174.51 0.00 0.26 利^稳态工况确定的监测点， 通过实验验证， 也适合于其它所有水力 条件变化的工况。 选取稳态水力计算中， "校核 -监测水头"负和正误差最大 的二个点 ϋ 148和 J- 136)， 以及管网中间误差最大的一个点 （J 55 ) , 如 图 3所示的三个大尺寸节点。 利用最优监测点监测数据， 通过对***进行 24hr延时水力模拟，并与基础数据进行比较， 比较结果如图 4a至 4c所示， 图中实线为实测 24hi:水头线， 虚线为计算的 24hr水头线。
漏水量和漏水点确定： 利 ffi计算的节点流量，可以进行漏水量和漏水点 位置的确定。 当前一般的探漏精度为 10m3/br， 本实施例^也采用这一精度。 考虑到计算 0.001的计算误差（即 IL/s) , 因此， 判断漏水的标准采用日用 水总量 150m3/日。
采用的漏水计算方法可以为如下二种：
a. 把计算的节点流量存贮， 每天一次对所有节点最近四日进行 24hr 日用 水量总量计算， 求大前天（前第三天）与当日的用水量差值变化率， 如 果差值变化率不大， 或所有节点有相同的变化率， 则认为没有漏水。 如 果变化率大于 150m3/日， 并且前天和昨天的用水量逐日增加， 则考虑 该节点有新增漏水。
b. 求各个节点每个月的计算用水总量， 并与当月的抄表量相比较。如果差 值大于 4500 m3/月， 则考虑该节点存在漏水。
实施例选择 J 136作为漏水点， 漏水量为】0m3/hr (2.78L/s)，静态的模 拟结果如表 5所示， 因为 i†算的日 水量比正常用水量多 224.81m3/日， 且多用水量大于 150 m3/日， 因此该节点存在漏水可能。
表 5 J- 136漏水量计算
节点标号 J-136
模型节点流量 （LZs) 7.68 新增漏水量 （LZs) 2.78
正常供水计算节点流量 (ΙΛ) 7.10
漏水情况计算节点流量 (L/s) 9.70
正常供水计算日用水量 （mA3/日） 613.44
漏水情况计算日用水重 （mA3/日） 838.25
计算漏水量 （mA3Z日） 224.81
漏水结论 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明， 不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。 对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若 千简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种基于压力监测的管网节点流量计量与调度方法， 其特征在于, 包括以下步骤：
a. 实测管网中的预定节点的节点压力， 根据所测的节点压力， 基于离 散点空间插值方法， 计算出管网中的全部节点的节点水头；
b. 实测管网中的预定管段的管段流量，根据实测管段流量和计算的节 点水头， 确定各测流管段的摩阻系数， 并根据已计算出的管段摩阻系数， 通过空间聚类算法对管道进行分组， 确定管网中的全部管段的摩阻系数； c 根据计算的节点水头、 管段摩阻系数、 管长和管径， 计算所有管段 的管段流量， 再根据节点连续性方程和物量平衡方法， 计算管网中的所有 节点的节点流量。
2. 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于,还包括以下步骤：
d. 至少根据节点流量更新管网模型，还可以根据管段摩阻系数更新管 网模型。
3. 如权利要求 1或 2所述的方法， 其特征在于,还包括以下步骤： e. 根据†算的节点水头、 管段摩阻系数和节点流量， 实测的节点压力 和管段流量， 以及管网模型精度要求， 通过管网模型计算及结果分析， 确 定监测点的数量、 位置和密度。
4. 如权利要求 3所述的方法， 其特征在于,还包括以下步骤： f:根据计算的节点水头、 管段摩阻系数、 节点流量和确定的监测点， 实测的节点压力、管网供给量和实测的管段流量， 以及管网模型精度要求， 进行管网模型的校核。
5. 如权利要求 4所述的方法， 其特征在于,还包括以下步骤： g.根据计算的节点水头、 管段摩 I沮系数、 节点流量和确定的监测点和 经校核的管网模型， 进行管网水力分析。
6. 如权利要求 3或 4所述的方法， 其特征在于,还包括以下步骤： 对为满足计算精度要求而增加的监测点进行节点压力和管段流量监 测， 重新进行步骤 a至 c或步骤 a至 f。
7. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于,所述管网为给排水管网， 所述方法还包括： 根据计算的节点水头、 管段摩阻系数、 节点流量、 确定 的监测点、 更新的或经校核的管网模型、 以及实测的节点压力和实测的管 段流量中的部分和全部参数， 实施以下各项任务中的一项或多项： 进行基于组合水泵特性曲线的实时和 /或非实时水泵调度；
进行水厂产水量生产调度；
进行重力供水***的阀门开关和压力调节调度；
进行管网的漏水量分析；
进行管网的漏水点位置确定；
进行管网的瞬变流或水锤分析；
进行管网的消防流量什算分析；
进行管网的应急处理；
进行管网的爆管分析；
进行管网的操作训练与应用；
或者， 所述管网为供水、 供气、 供热、 输油或输化工液体的管网， 所述方法还包括： 根据计算的节点压力、 管段摩阻系数、 节点流量、 确定 的监测点、 构建的或经校核的管网模型、 以及实测的节点压力和实测的管 段流量中的部分和全部参数， 实施供水、 供气、 供热、 输油或输化工液体 的压力管网的计算、 分析、 调度或调度外的运行管理。
8. 如权利要求 1至 7任一项所述的方法， 其特征在于,步骤 a中， 所 述离散点空间插值计算方法为通过三角网或矩形网格的等值线追踪法、 不 规则三角形线性插值法、 区域网格化与网格点数值化方法、 数字地形
(DTM ) 方法、 数字高程 （DEM) 方法或层次模型 （LOD) 方法。
9. 如权利要求 1至 7任一项所述的方法， 其特征在于，步骤 b中， 所 述空间聚类算法为划分法、 层次法、 密度算法、 网格算法、 模型算法、 K MEANS算法、 K- MEDOIDS算法、 Clara算法或 Clarans算法。
10.如权利要求 1至 7任一项所述的方法， 其特征在于， 步骤 c中， 管 段流量是根据计算的各节点的水头、 各管段的摩阻系数、 管长和管径， 通 过管段静态、 准动态、 拟动态或动态水头损失†算方法计算的。
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