一种基于供水管网动态模型的管道水质风险评价方法

摘要

本发明公开了一种基于供水管网动态模型的管道水质风险评价方法，通过确定管道水质风险的分级类型和评价指标，建立供水管网动态水力和水质模型，并对模型进行准确校核，采用层次分析法确定各评价指标的权重，基于管网动态模型的状态数据样本，划分各评价指标参数的分级标准，确定各评价指标的隶属度，进行模糊综合评价，确定管网中各管道的水质风险等级，上述步骤，可对整个供水管网的所有管道进行水质风险评价，并根据评价结果进行比较、排序，确定管道中水质发生变化的风险程度顺序，为管网的管理维护提供决策支持；本发明克服了其他评价方法指标简单、考虑不全面的缺陷，评价结果更加可靠，确保了评价方法的准确性和生命周期。

主权项

一种基于供水管网动态模型的管道水质风险评价方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：确定管道水质风险的分级类型和评价指标，确定分级类型，将水质风险分为轻微、较小、一般、较大、重大5个等级，评价指标体系包含两级指标，分别是一级指标和二级指标，其中，一级指标有管道属性U₁、水力条件U₂和水质条件U₃，管道属性指标的二级指标有管材u₁₁、管龄u₁₂和管径u₁₃，水力条件指标的二级指标有流速大小u₂₁、流速波动u₂₂和流向变化u₂₃，水质条件的二级指标有水龄u₃；步骤2：建立供水管网动态水力和水质模型，并对模型进行准确校核，将管网动态水力和水质模型用于供水管网的日常运行管理，并对模型进行持续的更新维护，以确保动态模型的准确性，根据步骤1中的指标类型，选取相应的管网属性数据和连续时间区间上的状态数据作为指标的样本数据；步骤3.1：采用层次分析法确定各评价指标的权重，首先，根据评价指标体系的层次结构，可构建层次分析法权重计算的递阶层次结构，然后，针对递阶层次中同一层次的各因素，通过两两比较以建立各层次判断矩阵，即是准则层各因素两两比较，建立判断矩阵P，指标层各因素两两比较，分别建立判断矩阵P₁、P₂，最后，各指标权值向量的计算采用和法，得到权重向量：准则层权重向量：A＝{a₁,a₂,a₃}；指标层权重向量：A₁＝{a₁₁,a₁₂,a₁₃}，A₂＝{a₂₁,a₂₂,a₂₃}；步骤3.2：基于管网动态模型的状态数据样本，划分各评价指标参数的分级标准，各评价指标采用模糊区间来划分各个等级的分级标准，即：V＝{v₁,v₂,v₃,v₄,v₅}＝{(k₀,k₁),(k₁,k₂),(k₂,k₃),(k₃,k₄),(k₄,k₅)}，式中，k₁，k₂，k₃，k₄分别表示v₁与v₂，v₂与v₃，v₃与v₄，v₄与v₅等级对应分级区间的临界值；k₀与k₅分 别表示v₁等级区间的下限与v₅等级区间的上限；步骤4：确定各评价指标的隶属度，根据评价指标的类型不同，采用不同的隶属度确定方法，流速大小u₂₁和水龄u₃是时间区间上的状态因素，采用模糊统计法计算其隶属度，即将选取的时间区间上的管道状态因素作为统计样本，指标因素随时间变化的数值作为样本个体，计算指标在时间区间上的数值相对于各等级模糊区间的隶属频率，即为该指标对于各等级的隶属度，对于评价指标管材u₁₁、管龄u₁₂、管径u₁₃、流速波动u₂₂和流向变化u₂₃，采用隶属函数法计算其隶属度；步骤5：进行模糊综合评价，确定管网中各管道的水质风险等级，根据二级指标隶属度的计算结果分别形成各一级指标的隶属度矩阵R₁、R₂，进一步，一级模糊综合评价结果可通过各一级指标的隶属度矩阵和权重向量求得：B₁＝A₁·R₁；B₂＝A₂·R₂，由一级模糊综合评价结果可组成二级模糊综合评价的单因素评判矩阵R，考虑权重向量A，可得二级模糊综合评价结果：B＝A·R＝(b₁,b₂,b₃,b₄,b₅)，模糊合成算子“·”采用加权平均型；最终，为确定评价对象的最终等级，采用加权平均法来计算，即对应于管道浊度风险评价集V和综合评价结果B，给定加权集Q＝(q₁,q₂,q₃,q₄,q₅)＝(1,2,3,4,5)；管道水质风险的总体评价结果P，用下式计算P＝B·Q＝b₁q₁+b₂q₂+b₃q₃+b₄q₄+b₅q₅上述步骤，可对整个供水管网的所有管道进行水质风险评价，并根据评价结果进行比较、排序，确定管道中水质发生变化的风险程度顺序，为管网的管理维护提供决策支持。