基于粘弹性机理的供水管网降-复压漏失控制

作     者：袁翼 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高金良

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：供水管网 漏失控制 压力驱动模型 压力管理 粘弹性理论 

摘      要：我国作为世界经济大国,约有四分之一省份是水资源严重缺乏地区,水资源问题一直是我国亟待解决问题。不单单需要我国公民有节约用水意识;从供水年鉴来看,近些年平均漏损总量达61亿立方米,我们更需要通过降漏措施来减少这部分消耗水量。压力管理于2003年进入开发与测试阶段,于2006年进入实施阶段。至今,压力管理被广泛认为是控制供水系统漏损重要手段,为最大程度降低漏失,供水管网压力管理受到重视,压力管理方法既能减少能耗,降低爆管率,还对管网裂缝发展有一定预防作用,在漏损控制中也是成本最低手段。传统压力管理认为漏失量与压力为完全正相关关系,忽略压力操作方式影响;且塑料管材广泛应用,缺乏有效漏失控制机理研究。本文针对实验室已发现漏失量与供水压力并非单纯正相关关系现象,对产生这一现象机理进行研究,运用粘弹性理论合理阐释这一现象,并依据粘弹性性质滞后效应,提出降-复压漏失控制方法,对传统漏失量-压力关系进行修正。漏失量不仅与瞬时压力有关,还与历史压力相关,根据玻尔兹曼叠加原理与广义沃格特-凯尔文模型构建粘弹性漏失模型,定量地描述粘弹性管材漏失量与压力关系。研究压力驱动分析方法,建立非迭代法压力驱动节点流量模型,并在算例管网中验证此方法有效性,将构建粘弹性漏失模型嵌入其中;建立基于压力驱动粘弹性漏失模型,该模型不仅能模拟管道压力不足与事故情况,还考虑漏失,更能精确模拟实际管网运行情况。为验证降-复压漏失控制有效性与基于压力驱动粘弹性漏失模型精确性,选取南方某小区Y作为实验小区。由于小区Y靠近出厂水,整个供水管网压力处于较高状态,在工作日通过降-复压操作控制,相比未进行降-复压控制的数据分析,漏失率由37.7%降到16.8%,预估月节水量达2760m,供水企业年节省十万元左右,取得较好效益。由此可得出当供水管网降压空间较大时,为最大程度降低漏失,可在传统降压操作中加入降-复压操作,在不改变运行工况条件下,达到漏失降低效果,这也为降-复压漏失控制应用到实际工程提供数据支撑。