一种供水管网多层级自动分区方法
【专利摘要】本发明公开了一种供水管网多层级自动分区方法，首先，划分分区系统，供水系统由若干单元组成；与水池、水泵直接相连的区域称为第一阶层分区系统；在第一阶层分区系统的基础上，再分多阶层分区系统，每个分区为一个节点；通过多层级自动分区算法的评价函数计算，分区的数量由多到少逐渐合并，合并到一定阶段出现N级区，再合并到一定阶段出现规模更大的N?1级区，直到完成一级区；本发明对管网进行多层级分区供水，可以平衡管网供水压力，也可以减少爆管、降低漏损，同时也可以提高水质，供水企业还可以方便管理每个区，提高了供水服务水平。
【专利说明】
一种供水管网多层级自动分区方法
技术领域
[0001] 本发明涉及到供水管网运行管理领域，更具体地，涉及到一种供水管网多层级自 动分区方法。
【背景技术】
[0002] 近些年，由于居民不断向城市迀移，导致城市的规模不断发展，城市用水量不断增 加，据统计，到2025年大约有3亿人口迀移到城市，相当于美国人口的总和，城市现有的供水 管网系统不足以满足未来人口增长的需要。除此之外，由于城市管网规划不足，再加上管网 的不断老化，导致管网压力分布不均，爆管事故频发，对城市现有供水管网的安全性提出了 严峻的挑战。现有的城市供水管网大多都是整体的一个区，供水企业很难统计不同小区的 漏损情况，无形的增加了漏损率和管理难度。因此，需要对现有管网进行多级分区规划改 造，将供水管网分为若干阶层系统，以满足未来不断增长的人口的用水需求。对管网进行多 层级分区供水，可以平衡管网供水压力，也可以减少爆管、降低漏损，同时也可以提高水质， 供水企业还可以方便管理每个区，提高了供水服务水平。
[0003] 城市供水管网系统传统的分区方法是根据人工经验进行划分，不能够实现自动分 区，分区往往不合理，容易导致局部地区供水不足的情况发生，同时导致栗站水栗不能在高 效段运行，产生能源浪费的情况。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供一种供水管网多层级自动分区方法。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] 步骤1，划分分区系统，供水系统由若干单元组成；一个城市不能仅由一个规模庞 大结构复杂的供水系统组成，需分为若干阶层系统，与水池、水栗直接相连的区域称为第一 阶层分区系统；在第一阶层分区系统的基础上，再分多阶层分区系统，每个分区为一个节 点；如配水系统区块化仅限于改善管网水质，则根据水源水质位置，地形及现有管网的规模 等可将配水系统分为大区或大~中区即可，如配水系统区块化还兼有减漏与防漏目的，则 应将管网分为大~中~小区，如小区域流量计过多时，可将小区域合并成若干中区域或大 区域，使几个小区域的若干功能由一个中区域完成，形成三阶层系统；
[0007] 步骤2,通过多层级自动分区算法评价管网分区好坏;所述多层级自动分区算法的 评价函数Q，具体的定义如下：
[0009] 上式中，Avw为管网的邻接矩阵元素;Avw= 1表示节点v与节点w相连接，Avw = 0表示 节点v与节点w不连接;m=( Σ?Α?)/2表示管网中总的管道数量;kv= Σ?Α?表示与节点v相 连接的管道的总数量;3(cv，cw)表示指示函数，3( Cv，cw) = l表示节点ν和w属于同一个分区， 5(cv，cw) = 0表示节点v和w属于不同的分区。5(cv，cw)可以写成Σ i5(Cv，i)5(Cw, i)的形式， 定义eij = [ Σ?Α?δ(0, i)5(cw, j) ]/2m以及ai = [ Σ vkv5(cv, i) ]/2m= Σ jeij，因此，评价函数 Q可以写成一下形式：
[0011 ]区域i与区域j和并成一个区域时，评价函数的增量为：
[0012] Δ Qij = 2(eij-aiaj)
[0013] 步骤3,分区的数量由多到少逐渐合并，合并到一定阶段出现N级区，再合并到一定 阶段出现规模更大的N-1级区，直到完成一级区。
[0014] 进一步优选的，所述步骤2中多层级自动分区算法可实现城市供水管网三级分区 甚至更多级的分区。
[0015] 本发明与现有技术比较具有以下有益效果：
[0016] (1)本发明根据计算得到的结果，给水工程师可以根据需要选择不同的分区数量， 前期可以分几个大区，然后在每个大区的基础上继续分为不同的小区，逐级对管网进行改 造。
[0017] (2)对管网进行多层级分区供水，可以平衡管网供水压力，也可以减少爆管、降低 漏损，同时也可以提高水质，供水企业还可以方便管理每个区，提高了供水服务水平。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明多层级自动分区方法计算流程图；
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述。
[0020] 实施例，本发明方法计算流程图如图1所示，一种供水管网多层级自动分区方法， 具体步骤如下：
[0021] 步骤1，划分分区系统，供水系统由若干单元组成；一个城市不能仅由一个规模庞 大结构复杂的供水系统组成，需分为若干阶层系统，与水池、水栗直接相连的区域称为第一 阶层分区系统；在第一阶层分区系统的基础上，再分多阶层分区系统，每个分区为一个节 点；如配水系统区块化仅限于改善管网水质，则根据水源水质位置，地形及现有管网的规模 等可将配水系统分为大区或大~中区即可，如配水系统区块化还兼有减漏与防漏目的，则 应将管网分为大~中~小区，如小区域流量计过多时，可将小区域合并成若干中区域或大 区域，使几个小区域的若干功能由一个中区域完成，形成三阶层系统；
[0022] 步骤2,通过多层级自动分区算法评价管网分区好坏;所述多层级自动分区算法的 评价函数Q，具体的定义如下：
[0024] 上式中，A?为管网的邻接矩阵元素;Avw=l表示节点v与节点w相连接，Α? = 0表示 节点v与节点w不连接;m=( Σ?Α?)/2表示管网中总的管道数量;kv= Σ?Α?表示与节点v相 连接的管道的总数量;3(cv，cw)表示指示函数，3(Cv，Cw) = l表示节点ν和w属于同一个分区， δ (Cv，Cw) = 0表示节点v和w属于不同的分区；δ (Cv，Cw)可以写成Σ ?δ (Cv，i )δ (Cw，i)的形式， 定义eij = [ Σ?Α?δ(0, i)5(cw, j) ]/2m以及ai = [ Evkv5(cv, i) ]/2m= Σ jeij，因此，评价函数 Q可以写成一下形式：
[0026] 区域i与区域j和并成一个区域时，评价函数的增量为：
[0027] Δ Qij = 2(eij-aiaj)
[0028] 依次合并相邻的区，并计算合并后的评价函数的增量△ ，选择| △ |最大的两 个区合并，并更新相应的元素并将两个区的行和列相加，同时更新评价函数Q = Q+max{ Δ Qij | } 0
[0029] 步骤3,重复步骤2,分区的数量由多到少逐渐合并，合并到一定阶段出现N级区，再 合并到一定阶段出现规模更大的N-1级区，直到完成一级区；
[0030]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对发明保护范围 的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需 要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种供水管网多层级自动分区方法，其特征在于，具体步骤如下： 步骤1，划分分区系统，供水系统由若干单元组成；一个城市不能仅由一个规模庞大结 构复杂的供水系统组成，需分为若干阶层系统，与水池、水累直接相连的区域称为第一阶层 分区系统;在第一阶层分区系统的基础上，再分多阶层分区系统，每个分区为一个节点； 步骤2，通过多层级自动分区算法评价管网分区好坏;所述多层级自动分区算法的评价 函数Q，具体的定义如下：上式中，A?为管网的邻接矩阵元素，A?=1表示节点V与节点W相连接，A?=0表示节点V 与节点W不连接;m=( Σ?Α?)/2表示管网中总的管道数量;kv= EwA?表示与节点V相连接的 管道的总数量；S(Cv，Cw)表示指示函数，S(Cv，Cw) = 1表示节点V和W属于同一个分区，S(Cv, Cw)=0表示节点V和W属于不同的分区；S(cv，cw)可W写成Σiδ(cv，i)δ(cw，i)的形式，定义eij =[E?AvwS(Cv, i)S(Cw, j) ]/2mW及ai = [ EvkvS(Cv，i) ]/2m= Σ jeij，因此，评价函数Q可 W 写成一下形式：区域i与区域j和并成一个区域时，评价函数的增量为： Δ Qij = 2(edj-a：iaj) 步骤3,分区的数量由多到少逐渐合并，合并到一定阶段出现N级区，再合并到一定阶段 出现规模更大的N-1级区，直到完成一级区。2. 根据权利要求1所述的一种供水管网多层级自动分区方法，其特征在于，所述步骤2 中多层级自动分区算法可实现城市供水管网Ξ级分区甚至更多级的分区。
【文档编号】E03B1/02GK106088212SQ201610561590
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】唐勇, 陈圣鹏, 孙伟, 付磊, 周扬, 冯炎辉
【申请人】广州京维智能科技有限公司