[發(fā)明專利]一種城市供水管網(wǎng)具體管段的漏失風(fēng)險評價方法

有效

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107832924B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳珊;李嵐;侯本偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 11203 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張立改

1.一種城市供水管網(wǎng)具體管段的漏失風(fēng)險評價方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

第一步：確定威脅發(fā)生的概率P

(1)確定管材：根據(jù)城市供水管網(wǎng)的實際鋪設(shè)情況，計算每種管材對應(yīng)的所有管段的鋪設(shè)總長，按照每種管材所有管段鋪設(shè)總長的大小，從大到小排列對應(yīng)的管材，若最少前幾種管材的鋪設(shè)總長之和大于等于所有管材總鋪設(shè)長度的90％，則將這最少的幾種管材作為研究對象；總計有N種管材，其中最少有n種管材的鋪設(shè)總長大于等于N種管材的總長度的90％，則這最少的n種管材為研究對象；

(2)漏失威脅的計算：調(diào)取漏失點數(shù)據(jù)庫中第一步步驟(1)確定的每種研究對象管材所有年的漏失原因；針對每種管材，每一種漏失原因為一個威脅事件，漏失原因種類數(shù)為威脅事件的總個數(shù)，每一種漏失原因出現(xiàn)的次數(shù)占該管材所有漏失原因出現(xiàn)總次數(shù)的百分比為每種威脅事件發(fā)生的概率，然后計算出每種管材對應(yīng)的各種威脅事件發(fā)生的概率，最后根據(jù)公式(1)計算每種管材所有漏失威脅發(fā)生的概率；

式中：P為城市供水管網(wǎng)某管材面臨的漏失威脅；P_i為每種威脅事件發(fā)生的概率；m為威脅事件的個數(shù)；

至此，得到研究對象所有管材各自的漏失威脅發(fā)生的概率；

第二步：確定系統(tǒng)的脆弱性V；

(1)確定管材：仍以第一步步驟(1)中確定的n種管材為研究對象；

(2)計算各管材的失效概率：調(diào)取漏失點數(shù)據(jù)庫中某一年的所有漏失點及每個漏失點的管材，根據(jù)公式(2)—公式(4)計算每一種管材的失效概率；

式中：f_Mh為第h種管材的漏失頻率，次/km；num_Mh為第h種管材該年的總漏失次數(shù)，次；l_Mh為第h種管材該年在管網(wǎng)中的總鋪設(shè)長度，km；

式中：w_Mh為第h種管材的漏失權(quán)重；

式中：v_Mh為第h種管材的失效概率；θ_Mh為l_Mh與n種管材在管網(wǎng)中鋪設(shè)的總長度的比；

(3)計算各管材的權(quán)重：多次重復(fù)第二步步驟(2)得到各管材在不同年份的失效概率，對這些數(shù)據(jù)進行顯著性分析和因子分析，得到各管材的權(quán)重，記第h種管材的權(quán)重為α_h；

(4)確定每種管材內(nèi)管徑的分布：根據(jù)城市供水管網(wǎng)的實際鋪設(shè)情況，統(tǒng)計n種管材中各管材的管徑范圍；

(5)計算各管徑的失效概率：調(diào)取漏失點數(shù)據(jù)庫中某管材某一年的漏失點及每個漏失點的管徑，根據(jù)公式(5)—公式(7)計算某管材的每一個管徑的失效概率；

式中：f_Dj為此管材中第j個管徑的漏失頻率，次/km；num_Dj為此管材中第j個管徑該年的總漏失次數(shù)，次；l_Dj為此管材中第j個管徑該年在管網(wǎng)中的總鋪設(shè)長度，km；a為此管材對應(yīng)的不同管徑的個數(shù)；

式中：w_Dj為此管材中第j個管徑的漏失權(quán)重；

式中：v_Dj為此管材中第j個管徑的失效概率；θ_Dj為l_Dj與該管材a個管徑對應(yīng)的管段總長的比；

(6)計算各管徑的權(quán)重：多次重復(fù)第二步的步驟(5)得到該管材的各管徑在不同年份的失效概率，對這些數(shù)據(jù)進行顯著性分析和因子分析，得到該管材各管徑的權(quán)重；

(7)多次重復(fù)第二步步驟(5)(6)得到不同管材各管徑的權(quán)重，記某管材第j個管徑的權(quán)重為β_mj；

(8)確定每種管材內(nèi)的管齡分組：將研究當(dāng)天作為最終時間減去管道埋設(shè)起始時間，得到該管道截至研究當(dāng)天的年齡，即管齡；將研究對象管材中的每種管材的管齡均按照A≤15、15＜A≤35、A＞35分為三組，分別記為第一組、第二組和第三組；

(9)計算每種管材內(nèi)各組管齡的失效概率：調(diào)取漏失點數(shù)據(jù)庫中某管材一年的漏失點及每個漏失點的管齡，根據(jù)公式(8)—公式(10)計算某管材內(nèi)第k組管齡的失效概率；

式中：f_Ak為該管材內(nèi)第k組管齡的漏失頻率，次/km；num_Ak為此管材內(nèi)第k組管齡一年的漏失次數(shù)，次；l_Ak為此管材內(nèi)第k組管齡該年在管網(wǎng)中的總鋪設(shè)長度，km；

式中：w_Ak為該管材內(nèi)第k組管齡的漏失權(quán)重；

式中：v_Ak為該管材內(nèi)第k組管齡的失效概率；θ_Ak為l_Ak與該管材三組管齡對應(yīng)管段總長的比；

(10)計算該管材內(nèi)各組管齡的權(quán)重：多次重復(fù)第二步的步驟(8)得到該管材各組管齡在不同年份的失效概率，對這些數(shù)據(jù)進行顯著性分析和因子分析，得到該管材內(nèi)各組管齡的權(quán)重；

(11)多次重復(fù)第二步步驟(9)(10)得到不同管材各管齡分組的權(quán)重，記某管材第k組管齡的權(quán)重為γ_mk；

(12)計算系統(tǒng)的脆弱性：若某管段管材為第h種，在該管材內(nèi)管徑為第j個、管齡在第k組內(nèi)，同時每種管材內(nèi)部按照管徑:管齡＝0.6:0.4確定兩者的計量權(quán)重，則可根據(jù)公式(11)計算得到該管段系統(tǒng)的脆弱性；

V＝α_h×(0.6×β_mj+0.4×γ_mk) (11)

至此，只需知道供水管網(wǎng)中某管段的管材、管徑和管齡，就可以計算得到該管段系統(tǒng)的脆弱性；

第三步：計算后果嚴(yán)重性C；

(1)確定管材：仍以第一步步驟(1)中的n種管材為研究對象；

(2)確定各管材的后果權(quán)重：調(diào)取漏失點數(shù)據(jù)庫中研究當(dāng)年的上一年n種管材各管材的漏失點，根據(jù)各管材年漏失總數(shù)占n種管材年漏失總數(shù)的比，確定每一種管材的后果權(quán)重，記第h種管材的后果權(quán)重為δ_h，則δ_h為第二步步驟(2)中num_Mh與n種管材年漏失總數(shù)的比；

(3)確定每種管材內(nèi)各管徑的漏失數(shù)：調(diào)取漏失點數(shù)據(jù)庫中研究當(dāng)年的上一年n種管材各管材的漏失點及每個漏失點的管徑，統(tǒng)計分類得到每種管材內(nèi)每個管徑的年漏失總數(shù)，即第二步步驟(5)中某管材的第j個管徑年總漏失總數(shù)為mum_Dj；

(4)確定各管材主要暗漏漏失類型：調(diào)取漏失點數(shù)據(jù)庫中研究當(dāng)年的上一年這各管材暗漏漏失點的漏失類型，統(tǒng)計各種暗漏漏失類型在該管材出現(xiàn)的次數(shù)，若最少的某幾種漏失類型對應(yīng)的漏失點總數(shù)占該管材漏失點總數(shù)的90％，則這最少的幾種漏失類型為該管材的主要暗漏漏失類型，據(jù)此方法可依次計算這n種管材各自的主要暗漏漏失類型，排除各管材重復(fù)的主要暗漏漏失類型，將確定的最終主要暗漏漏失類型數(shù)定為W；

(5)確定各主要暗漏漏失類型的加權(quán)漏口面積：調(diào)取n種管材中研究當(dāng)年的上一年第三步步驟(4)確定的W種主要暗漏漏失類型對應(yīng)的漏失點的漏口面積，統(tǒng)計W種主要暗漏漏失類型中不同漏口面積出現(xiàn)的次數(shù)，將W種每種主要暗漏漏失類型中各漏口面積和該漏口面積出現(xiàn)的次數(shù)加權(quán)，得到W種主要暗漏漏失類型中每種類型的加權(quán)漏口面積；

(6)計算暗漏漏點中各管材的加權(quán)漏口面積：將第三步步驟(4)確定的各管材主要暗漏漏失類型對應(yīng)的漏點數(shù)與第三步步驟(5)確定的該類型的加權(quán)漏口面積加權(quán)，得到各管材的加權(quán)漏口面積，即n種管材每種管材一個暗漏加權(quán)漏口面積，記第h種管材暗漏漏點的加權(quán)漏口面積為A_a-h；

(7)計算暗漏發(fā)生后，各管材某一個漏點的漏水量：取Z＝4.78m³/(h·cm²)為每小時單位面積漏口的漏失水量，漏失時間為暗漏檢測周期取180d，則可根據(jù)公式(12)計算暗漏發(fā)生后，分布在第h種管材上某一個漏點的漏水量；

Q_a-h＝A_a-h×4.78×24×180＝20649.6A_a-h (12)

式中：Q_a-h為暗漏發(fā)生后，分布在第h種管材上某一個漏點的漏水量，m³；A_a-h為第h種管材暗漏漏點的加權(quán)漏口面積為，cm²；

(8)計算明漏漏點中各管徑的漏口面積：調(diào)取漏失點數(shù)據(jù)庫中研究當(dāng)年的上一年不分管材所有管徑的明漏漏失點及每個明漏漏失點的漏口面積，對管徑從小到大依次排序，統(tǒng)計各管徑中不同漏口面積出現(xiàn)的次數(shù)，將該次數(shù)與漏口面積加權(quán)，得到明漏漏點不分管材所有管徑中每個管徑對應(yīng)的明漏漏口面積，記第b個管徑對應(yīng)的明漏漏口面積為A_m-b；

(9)計算明漏發(fā)生后，各管徑的漏水量：參考《CJJ92-2016城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評定標(biāo)準(zhǔn)》則可根據(jù)公式(13)計算明漏發(fā)生后，某一管徑的管段上一個漏失點的漏水量；

式中：Q_m-h為明漏發(fā)生后，第b個管徑的管段上一個漏失點的漏水量，m³；τ₁為覆土對漏水出流的影響，取τ₁＝1；τ₂為流量系數(shù)，取τ₂＝0.6；A_m-b為明漏漏點中第b個管徑對應(yīng)的漏口面積，cm²；g為重力加速度，取g＝9.8m/s²；H為孔口壓力，應(yīng)進行實測，不具備條件時，取管網(wǎng)平均控制壓力；t為漏點開始漏水至搶修完成持續(xù)的時間，取t＝10×24×60＝14400s；

(10)計算后果嚴(yán)重性：若某管段管材為第h種，管徑為第b個，研究當(dāng)年的上一年第h種管材的該管徑漏失數(shù)為num_D，研究當(dāng)年的上一年所有n種研究對象的總漏失數(shù)中，暗漏和明漏的漏失點個數(shù)比為則可根據(jù)公式(14)計算得到該管段的后果嚴(yán)重性；

第四步：計算風(fēng)險R

供水管網(wǎng)具體管段的漏失風(fēng)險可根據(jù)公式(15)計算；

R＝P×V×C (15)。