[发明专利]一种城市供水管网DMA分区方法

说明书

本发明涉及一种基于谱聚类算法(SC)和多目标粒子群‑优劣解距离法(MOPSO‑TOPSIS)的城市供水管网独立计量分区(DMA)的方法，包括：建立管网水力模型；获取管网基础数据；根据管网服务人口与国际通用DMA规模，确定管网分区数目的区间；用SC算法进行管网分区，通过分区评价指标得到最佳分区数目；依据分区数目获得管网的分区结果和边界管道；利用MOPSO算法求得在边界管段上安装阀门和流量计的一系列Pareto最优解；通过TOPSIS算法进行方案决策。本发明提供了一套先进的城市供水管网分区方法，克服了传统分区主要依靠人工经验的弊端，并兼顾了供水管网的水力水质特性，在有效降低供水管网漏损量与分区成本、保证供水水质方面具有显著优势。

技术领域

本申请属于城市供水管网设计技术领域，具体涉及一种对供水管网进行独立计量分区(DMA)的方法，尤其是一种基于SC和MOPSO-TOPSIS算法的城市供水管网DMA分区方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展和城镇化进程的加剧，城市用水人口越来越多，2019年我国城市供水普及率已经达到了98.78％，但与此同时也带来了一些问题，城市供水管网的漏损率一直居高不下。根据发布的《水污染防治行动计划》(水十条)中规定：到2020年，全国公共供水管网漏损率控制在10％以内。而2019年我国公共供水的漏损率仍保持在14.1％，仅一年漏损的水量就相当于700个西湖的储水量。而且漏损带来的不仅是水资源的浪费，还包括水处理成本(包括药剂、能源和人力)的浪费。如何降低供水管网漏损率，已成为供水行业亟需解决的问题之一。近些年来，实施独立计量分区(DMA)作为一种控制漏损和控制管理系统压力的手段被广泛应用于世界各地的供水管网，它是通过在城市供水管网中安装阀门和流量计将复杂的管网分隔成若干个不同的独立计量区域，通过对每个计量区域进出流量的监控，及时迅速地识别管网中的漏点位置，将传统的被动检漏变主动控制漏损，大大提高了漏损的控制效率，其控制漏损的作用在我国一些城市也得到了充分的验证。2017年，住建部也印发了《城镇供水管网分区计量管理工作指南》。因此，在我国城市推行DMA分区已成为各地水务公司的共识。

我国目前采用的城市供水管网分区方式大部分为经验分区，即设计人员通过DMA划分原则及自身经验确定哪些管段是边界管段，哪些边界管段用阀门断开，哪些边界管段上安装流量计，然后用水力模型验证分区的效果。该方法随机性较强，并且过于依赖设计人员的经验，在分区时也难以充分全面考虑到管网的水力水质特性。

近来年，国内外越来越多的学者都将研究方向转向了用算法实现管网的DMA分区。但是现在的研究中一部分学者只是提供了一种将管网分成若干个模块的方式，而未对如何在边界管道上安装阀门和流量计加以阐述；一部分学者利用了单目标的优化算法确定边界管道上阀门和流量计的安装，进而完成了DMA区域的划分，但是单个目标的优化往往是以牺牲其他管网运行指标为代价，这种结果可能会对管网的正常运行带来一定的风险；少数学者进行了利用多目标的优化算法完成DMA分区的初步探索，但是在现有的研究中却未能提供一种多目标决策的方法，使得设计难度增大，不利于DMA分区的推广应用。

发明内容

本发明针对现有技术的城市供水管网分区方法中存在的缺陷，提出一种基于SC(即“谱聚类算法”)和MOPSO-TOPSIS(即“多目标粒子群-优劣解距离”)算法的城市供水管网DMA分区方法，解决了现有的城市供水管网分区方法中大都依靠经验或者部分步骤依靠经验的问题。本发明的详细技术方案中，利用多目标粒子群算法求解模型，在降低管网漏损率和分区成本的同时兼顾供水管网的水力和水质特性，解决了单目标优化时可能造成的管网服务性能降低的问题；利用多目标粒子群算法求解得到多个城市供水管网分区的方案，然后再进一步使用优劣解距离法综合评价各个方案，选出综合效益最优的方案即为最终分区方案，解决了现有技术中进行多目标优化后仍需设计者依靠经验选择最终方案，导致设计难度大，不利于DMA分区推广应用的问题。

本发明实现上述目的的技术方案如下。

本发明提供一种城市供水管网DMA分区方法，包括以下步骤：