城市供水管网分区管理技术优化研究城市供水管网分区管理技术优化研究 Optimization Study on Zoning Management Technology of Urban Water Supply Network 学科专业：市政工程 研 究 生：张楠 指导教师：赵新华 教授 天津大学环境科学与工程学院 二零一二年十二月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 天津大学天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘摘 要要 供水管网分区管理技术对于控制管网漏损、 降低供水产销差率具有重要意义，是供水行业公认经济有效的管网漏损控制手段。 目前分区管理技术尚未得到大规模应用，一个主要原因就是实际工程中管网分区主要依靠主观经验确定，这种分区方法随机性较强，且不能保证分区结果的合理性。 本文提出一种基于图论的分区方法，将供水管网看成一个庞大、复杂的图模型，应用图论最短路径原理进行分区计算。该方法有明确可依的规范流程，大幅降低了分区方法对主观经验的依赖性， 对管网分区管理技术的推广应用具有积极作用。 首先， 搜集汇总现有的管网分区理论方法、 原则， 对其进行分类、 综合分析，保留其合理可行部分，作为本文分区方法的基础。 其次，在进行供水管网分区方法研究与实践中，应用图论原理，提出本文的分区方法与步骤。 再次，选取华北地区一实际供水管网作为算例管网，调研管网基础资料，利用 EPANET 软件建立管网水力模型，并用现状管网的运行监测数据对模型进行校准；结合管网实际，确定管网分区数目；将管网看成一个有向图模型，选取不同的权重函数；应用图论最短路径问题求解理论，结合压力分区、管理分区，利用 MATLAB 软件实现管网 DMA 分区计算，获得不同的分区方案。 最后，综合考虑实施各分区方案后的管网漏损量、压力分布均衡性和分区费用，确定最优分区方案；对比最优分区方案分区前后的管网水力条件以及管网压力、流速的分布状况，考察分区方案的实施效果。 关键词：关键词：分区管理；图论；优化；MATLAB；EPANET；供水管网 ABSTRACT Zoning management technology plays an important role in leakage control and reducing the difference ratio between water supply and consumption, therefore it is recognized as an economic and effective leakage control method in water supply industry. However, there is still a limitation in zoning technologys wide application for the existing zoning methods are almost based on subjective experience, which makes the zoning schemes random and not guaranteed to their rationality. A zoning method dependent on graph theory was put forward in this paper which thinks water supply network as a huge complicated graph model and applies shortest path problem theory in zoning. The method, with clear and standard process, greatly reduces the dependence of subjective experience in zoning and plays the positive role in zoning management technologys widespread application. First, the existing zoning management theories, methods and principles were collected and summarized, the reasonable and feasible parts of that were chose as zoning foundation after classification and comprehensive analysis. Second, the zoning method and process were put forward according to the zoning research and practice. Then, the hydraulic model of a certain real network in north China was established with EPANET and calibrated with monitoring data of network operation condition; the number of DMAs was determined considering network realities; the network was thought as a graph model and different weight functions were chose; combined with pressure zoning and management zoning, the zoning calculation was carried out with MATLAB and different zoning schemes were obtained. Final, all the zoning schemes were evaluated comprehensively in terms of network leakage, pressure distribution balance and zoning expenses to determine the optimal zoning scheme; the hydraulic conditions, pressure distribution and velocity situation before and after zoning management were contrasted for investigation on the effect of zoning scheme. Key words：zoning management; graph theory; optimization; MATLAB; EPANET; water supply network 1 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.1.1 我国供水管网产销差率现状 . 1 1.1.2 影响产销差率的因素 . 2 1.1.3 管网漏损控制措施 . 3 1.2 国内外研究现状 . 7 1.2.1 国外 . 8 1.2.2 国内 . 9 1.3 课题研究目的与意义 . 11 1.4 课题研究内容和方法 . 11 1.4.1 主要研究内容 . 11 1.4.2 课题研究技术路线 . 12 第二章第二章 管网分区与模拟的理论与方法管网分区与模拟的理论与方法 . 13 2.1 管网分区计量基础 . 13 2.1.1 水量平衡 .