给水管网水力模型的建立及应用

慕洪生
（吉林省水利水电勘测设计研究院， 吉林长春
潜水轴流泵振动浅析
导读：轴流泵多工况空化特性数值计算，大型卧式轴流泵水导轴承的运用，轴流泵在运行
中的故障分析，大型卧式轴流泵水导轴承的运用，大型斜式轴流泵装置的数值模拟与优化。
中国学术期刊文辑（2013）
目 录
一、理论篇 校核给水管网水力模型 1 分区计量供水管网水力模型的流量分配 3 高气体含量液体输送离心泵水力模型设计优化技术的研究 给水管网水力模型的建立及应用 16 供水管网水力模型校验和分析研究实例 19 管网水力模型在供水高峰调度中的应用 35 基于 AQUISOperation 的水力模型建设和应用 40 基于微观水力模型的中途增压泵站设置方案分析 44 乐昌峡水电站进水口水力模型试验研究 48 利用供水管网水力模型辅助爆管点定位方法研究 53 利用水力模型评估供水泵站拆除产生影响 56 二、发展篇 浅谈大型供水企业建立水力模型思路分析 58 59 浅谈水力模型在城市排水管网改造中的应用 62 沙河水库主坝泄洪闸水力模型试验研究 65 绍兴市给水管网水力模型的建立和校验 70 水力模型在老城区供水管道改造中的应用探讨 75 岩石裂隙非饱和水力模型及其模拟计算 78 油田注水管柱水力模型的建立与求解 84 在 GIS 平台上建立供水管网水力模型的方法探讨 88 中山市给水管网水力模型的应用与建议 90
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农业工程
ＰＳＯｔ校核给水管网水力模型
周建力
（四川省成都市信息工程学院资源环境学院， 成都 610000）
摘 要 校核给水管网水力模型中漏损系数来提高模型精度。通过模拟给水管网多工况运行，收集足够的校正数据，利用PSOt进行计算。 算例分析表明：采用上述方法校核后所得的给水管网节点压力值与实际管网节点压力值较为匹配。 关键词 PSOt； 管网漏损； 漏损系数； 水力模型 中图分类号 TU 991.33 文献标志码 B
N
式中 f 为待优化的目标函数（ c 即为管段漏损系数）； N 为 校核工况数；n为已知压力节点的个数；H 0i为在第t个工况下第i 个节点的实测压力；Hi为在第t个工况下第i个节点的模型计算压 力。 约束条件： minni≤ni≤maxni 在满足边界条件的同时，节点压力计算应同时满足给水管 网的连续性方程和能量平衡方程。该优化问题为复杂型约束的 非线性问题。利用传统的非线性规划法、灵敏度分析法和解析 法求解该问题复杂且难度颇大，笔者采用PSOt进行校核计算。
表１ 算例管网参数
节点号 ２ ３ ４ ６ ７ ８ ９ １０ 水源 水池 基本流量／ （Ｌ／ｓ） １５ １５ １０ １５ ２０ １０ １０ １５ ０ ０ 地面标高／ｍ 时段 ７１０ ７００ ７００ ７００ ６９５ ７１０ ６９５ ６９０ ８００ ８５０ ０-１ １-２ ２-３ ３-４ ４-５ ５-６ 节点流量 变化系数 １．０ １．２ １．４ １．６ １．４ １．２ 管段 管径／ｍｍ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ ８００ ４５０ ４５０ ５００ ３５０ ４００ ４００ ４００ ４００ ４００ ４００ ３５０
２ 给水管网漏损校核模型
最优化模型的思路是在满足给水管网水力平衡和校核参数 取值范围等约束条件下，寻找最优待校核参数的取值，使管网
作者简介：周建力（1986- ），硕士在校生，从事污染控制与资源化方 面的研究。 收稿日期：2013-03-11
226 北京农业 ２０１３ 年 ３ 月下旬刊
农业工程
高的目标函数值为最小[4]。即 在不同工况下，通过反复进行不同漏损系数c取值时，对给水管 网的运行状态进行模拟。当得到的模拟压力Hi与实际压力H 0i差 异最小时，认为该漏损系数精确。 采用如下目标函数： f (c) = ∑∑ ( H i0 − H i )
t =1 i =1 N n 2
图１ 算例管网
１ ＰＳＯｔ简介
PSOt是基于Matlab粒子群优化算法的工具箱，该工具箱将 粒子群优化算法的核心部分（pso_Trelea_vectorized.m）封装起 来，提供给用户的是算法的可调参数，用户只需要定义好自己 需要优化的函数，并设置好惯性因子的起始值和中止值、可约 定各维变量的取值范围、粒子在遇到边界时是否反弹等各种参 数，即可自行优化[3]。 １．１ ＰＳＯｔ实现过程 pso_Trelea_vectorized.m文件主要包括pso_ Trelea_vectorized函数，该函数是实现整个粒子群优化算法的初 始化、粒子最优值计算和更新、群体最优值计算和更新以及粒 子速度更新、位置更新等。在实际的计算过程中，只需要编写 好目标函数并调用pso_Trelea_vectorized.m函数，即可实现使用 粒子群优化算法来寻优的过程。 １．２ ｐｓｏ＿Ｔｒｅｌｅａ＿ｖｅｃｔｏｒｉｚｅｄ．ｍ设置 pso_Trelea_vectorized.m设 置的参数内容主要有： functname、D、mv、VarRange、minmax和PSOparams；其 中functname是定义的目标函数名称；D是待优化问题的维数； mv 是粒子飞行的最大速度； VarRange 是自变量的取值范围矩 阵；minmax是寻优类型（经校核后所得的给水管网节点压力值 与实际管网节点压力值之差最小，取值0）；PSOparams是一个 包括最大迭代次数、群体规模、惯性因子、学习因子和中止迭 代条件等参数的行矩阵。
给水管网水力模型的精确度直接关系到实际管网水力运 行状态的拟合程度，对给水管网的漏损定位研究有着重要的影 响。因此，给水管网的校核是建立给水管网模型的一个很重要 的步骤。根据对给水管网漏损的水力分析，发现影响给水管网 模型准确性的参数有多种。比如：管网简化程度、管径和管 长、节点流量以及粗糙度等[1]。这些参数之间的关系目前仍不明 确，但与给水管网本身特性有着密切的关系，可将这些因素统 筹为漏损系数[2]。其值大小体现了给水管网的漏损程度，以调整 漏损系数来达到校正模型的目的。