來(lái)源:時(shí)間:2018.06.08 04:36
對(duì)于水務(wù)公司而言,探索有效的漏損檢測(cè)方法是漏損率管理中的重要環(huán)節(jié)。但一些傳統(tǒng)的漏損檢測(cè)方法,如音聽(tīng)法、聲波法等,不僅耗時(shí)而且人力成本較髙,對(duì)于城市規(guī)模大、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的供水系統(tǒng),上述方法的應(yīng)用效果十分有限。近年來(lái),有越來(lái)越多的研究投入到管網(wǎng)漏損檢測(cè)方法的開(kāi)發(fā)中。
采用多級(jí)支持向量機(jī)識(shí)別泄漏區(qū)域
采用一種多級(jí)支持向量機(jī)的方法來(lái)識(shí)別管網(wǎng)系統(tǒng)的漏損區(qū)域。支持向量機(jī)(SVM)方法是一種能根據(jù)有限的樣本信息在模型的復(fù)雜性( 即對(duì)特定訓(xùn)練樣本的學(xué)習(xí)精度) 和學(xué)習(xí)能力( 即無(wú)錯(cuò)誤地識(shí)別任意樣本的能力) 之間尋求最佳方案的方法。SVM可通過(guò)在分區(qū)計(jì)量區(qū)域(DMA)的入口處處理流量、壓力等系列數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)定該區(qū)域是否存在爆管、泄漏、傳感器故障等異常情況。在此基礎(chǔ)上,M-SVM可用于多處DMAs的漏損檢查和判定分類。
實(shí)際應(yīng)用操作過(guò)程中,首先通過(guò)仿真將管網(wǎng)分為若干漏損區(qū)域;其次在不同區(qū)域內(nèi)隨機(jī)生成若干處漏損事件,供水力仿真模型分析學(xué)習(xí),得到漏損數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本;再次訓(xùn)練M-SVM建立漏損區(qū)域識(shí)別模型,最后將訓(xùn)練后的M-SVM用于分析待檢范圍內(nèi)觀測(cè)得到的流量和壓力數(shù)據(jù),從而鑒別出可能存在漏損的區(qū)域。采用該漏損區(qū)域識(shí)別法,結(jié)合壓變漏損檢測(cè)法,對(duì)大范圍的實(shí)際供水系統(tǒng)進(jìn)行漏損檢測(cè),能將漏損范圍縮小到漏損點(diǎn)附近小區(qū)域的管網(wǎng),再用管道檢測(cè)設(shè)備對(duì)該區(qū)域進(jìn)行檢查,可迅速定位漏損位置,大大節(jié)省了時(shí)間和人力。
采用瞬變時(shí)間- 頻率分析法檢測(cè)供水管線中的多故障
瞬變管道故障檢測(cè)也是供水管網(wǎng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的手段,其原理是檢測(cè)管道內(nèi)水流的瞬態(tài)水力學(xué)特征來(lái)識(shí)別管網(wǎng)系統(tǒng)中潛在的故障。
管網(wǎng)中的水流產(chǎn)生的瞬態(tài)壓力波信號(hào)包含了水流在管網(wǎng)中流動(dòng)和接觸管道組件、設(shè)備或管道故障如漏損、阻塞、異常分流或連接等狀態(tài)下的大量系統(tǒng)信息,可用于評(píng)估管網(wǎng)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)變化,一旦管網(wǎng)出現(xiàn)漏損,時(shí)域壓力波就會(huì)出現(xiàn)反常的反射和衰減;而管網(wǎng)阻塞和異常連接等則會(huì)使頻域壓力波產(chǎn)生不同的頻率位移和衰減。然而該方法目前主要用于一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、構(gòu)型已知的單一或混聯(lián)管網(wǎng)的故障檢測(cè),且其故障類型也須為已知;對(duì)于具有多種未知故障類型的復(fù)雜混聯(lián)管網(wǎng),其應(yīng)用較為有限。
基于累計(jì)求和和多尺度小波分析的組合方法檢測(cè)漏損
爆管造成的水流量漏失較大,當(dāng)其超過(guò)平均流量的20%時(shí),就能被較為容易地檢測(cè)到;而對(duì)于泄漏水流來(lái)說(shuō),其流量遠(yuǎn)小于平均流量,檢測(cè)較為困難,傳統(tǒng)方法只有在夜晚其他干擾較小的情況下才能被檢測(cè)到。
為此,提出一種基于累計(jì)求和的檢測(cè)方法,當(dāng)發(fā)生爆管時(shí)壓力突然增大,其產(chǎn)生的峰超過(guò)人為設(shè)定的閾值,cusum可通過(guò)算法檢測(cè)到爆管和多尺度小波分析法通過(guò)將壓力的測(cè)定分解為4個(gè)級(jí)別的系數(shù)來(lái)檢測(cè)爆管,作為檢測(cè)小流量泄漏的穩(wěn)健方法。該方法克服了因人為設(shè)定閾值不明確而可能在噪聲信號(hào)較大的條件下穩(wěn)健性下降的問(wèn)題,以及MWA法因時(shí)間信息的缺失而可能使每個(gè)感應(yīng)器在估算泄漏效應(yīng)的到達(dá)時(shí)間時(shí)精度下降的問(wèn)題,并且引人了置信界限使得cusum法和MWA法的定位方法更符合實(shí)際情況。
確定最經(jīng)濟(jì)漏損控制目標(biāo)的研究
由于漏損控制需要投人大量的人力和物力成本,如管網(wǎng)的日常維護(hù)和修復(fù)、設(shè)備的改進(jìn)和更替等,這必然導(dǎo)致更高的漏損控制目標(biāo)將需要更高的運(yùn)維成本,造成高昂的代價(jià)和與之不匹配的漏損控制收益之間的矛盾。因此,通過(guò)科學(xué)的經(jīng)濟(jì)學(xué)研究,尋找到最為適宜的漏損控制目標(biāo)非常關(guān)鍵。最新的文獻(xiàn)報(bào)道國(guó)外研究機(jī)構(gòu)正在探索影子價(jià)格法和生命周期評(píng)估法在這方面的應(yīng)用。
影子價(jià)格法
智利的一項(xiàng)研究采用影子價(jià)格法來(lái)開(kāi)展管網(wǎng)漏損經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法的建立。根據(jù)2010-2014年智利22家水務(wù)公司的運(yùn)行成本(如商業(yè)成本、能源成本、資源成本以及水處理成本等)、工人總數(shù)、總輸水量以及漏損量等數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算管網(wǎng)漏損的影子價(jià)格來(lái)推算其消耗的環(huán)境和資源成本,并從水務(wù)公司、政府和社會(huì)三方面來(lái)分別計(jì)算分析方法的敏感性。
結(jié)果表明,2014年漏損的平均影子價(jià)格約為0.23 歐元/平方米,即供水系統(tǒng)每損失1立方米的水,消耗的環(huán)境和資源成本約為0.23歐元,約占輸水價(jià)格的31.7%。然而,不同的水務(wù)公司受地理位置、運(yùn)營(yíng)成本、經(jīng)營(yíng)狀況等原因影響,算得的漏損影子價(jià)格差異較大;敏感性分析顯示從水務(wù)公司角度、政府和社會(huì)角度計(jì)算得到的影子價(jià)格也不盡相同。這項(xiàng)研究的核心價(jià)值在于提出了更為科學(xué)和經(jīng)濟(jì)的漏損控制目標(biāo)的確定方法,有利于幫助政府制定配套的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制來(lái)促使水務(wù)公司更有效地減小漏損率,放緩水資源的投資開(kāi)發(fā),同時(shí)也拓寬了水價(jià)制定的考量范疇,使其更為科學(xué)合理,值得國(guó)內(nèi)供水行業(yè)借鑒。
生命周期評(píng)估法
降低管網(wǎng)漏損率對(duì)于水資源的可持續(xù)管理固然具有重要的意義和價(jià)值。而對(duì)于“是否有必要采取措施使其越小越好”的質(zhì)疑,法國(guó)專家根據(jù)環(huán)境保護(hù)的廣義目標(biāo),提出了一個(gè)課題:為減少漏損率所采取的措施,如工程建設(shè)、設(shè)備運(yùn)行等,同樣會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定影響;那對(duì)于法國(guó)這樣一個(gè)大部分地區(qū)水資源充沛的國(guó)家來(lái)說(shuō),相比節(jié)省了水資源所帶來(lái)的收益,減少漏損率的投人是否值得呢? 或者說(shuō),將漏損率減少到何種程度時(shí),兩者加和的環(huán)境效益是最佳的呢?
研究采用生命周期評(píng)估法,對(duì)兩方面的環(huán)境影響進(jìn)行了比較:生產(chǎn)和供應(yīng)當(dāng)中未能最終到達(dá)用戶而損失的水,以及為降低漏損率而采取的措施。LCA法根據(jù)四個(gè)步驟來(lái)評(píng)估環(huán)境影響:目的與范圍確定、清單分析、影響評(píng)估和解釋說(shuō)明。研究根據(jù)法國(guó)一個(gè)自來(lái)水公司的實(shí)際案例,假設(shè)了一個(gè)含4個(gè)漏損控制階段的場(chǎng)景,每個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間為5年,期間分別采取一定的常見(jiàn)漏損控制措施來(lái)使得供水效率達(dá)標(biāo);每一階段的供水效率逐級(jí)提高,上一階段所最終達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)為下一階段的初始值。研究通過(guò)考量每一階段所節(jié)約的漏損總水量、所用措施的生命周期、不確定度等,采用LCA法得到最終的評(píng)估結(jié)果比較。