來源:時(shí)間:2018.06.08 04:36
對于水務(wù)公司而言,探索有效的漏損檢測方法是漏損率管理中的重要環(huán)節(jié)。但一些傳統(tǒng)的漏損檢測方法,如音聽法、聲波法等,不僅耗時(shí)而且人力成本較髙,對于城市規(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,有越來越多的研究投入到管網(wǎng)漏損檢測方法的開發(fā)中。
采用多級支持向量機(jī)識(shí)別泄漏區(qū)域
采用一種多級支持向量機(jī)的方法來識(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( 即對特定訓(xùn)練樣本的學(xué)習(xí)精度) 和學(xué)習(xí)能力( 即無錯(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)來測定該區(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)用操作過程中,首先通過仿真將管網(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)合壓變漏損檢測法,對大范圍的實(shí)際供水系統(tǒng)進(jìn)行漏損檢測,能將漏損范圍縮小到漏損點(diǎn)附近小區(qū)域的管網(wǎng),再用管道檢測設(shè)備對該區(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- 頻率分析法檢測供水管線中的多故障
瞬變管道故障檢測也是供水管網(wǎng)無損檢測技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的手段,其原理是檢測管道內(nèi)水流的瞬態(tài)水力學(xué)特征來識(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)簡單、構(gòu)型已知的單一或混聯(lián)管網(wǎng)的故障檢測,且其故障類型也須為已知;對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漏損
爆管造成的水流量漏失較大,當(dāng)其超過平均流量的20%時(shí),就能被較為容易地檢測到;而對于泄漏水流來說,其流量遠(yuǎn)小于平均流量,檢測較為困難,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到。
為此,提出一種基于累計(jì)求和的檢測方法,當(dāng)發(fā)生爆管時(shí)壓力突然增大,其產(chǎn)生的峰超過人為設(shè)定的閾值,cusum可通過算法檢測到爆管和多尺度小波分析法通過將壓力的測定分解為4個(gè)級別的系數(shù)來檢測爆管,作為檢測小流量泄漏的穩(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較大的條件下穩(wěn)健性下降的問題,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)道國外研究機(jī)構(gòu)正在探索影子價(jià)格法和生命周期評估法在這方面的應(yīng)用。
影子價(jià)格法
智利的一項(xiàng)研究采用影子價(jià)格法來開展管網(wǎng)漏損經(jīng)濟(jì)評價(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),通過計(jì)算管網(wǎng)漏損的影子價(jià)格來推算其消耗的環(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)營成本、經(jīng)營狀況等原因影響,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,值得國內(nèi)供水行業(yè)借鑒。
生命周期評估法
降低管網(wǎng)漏損率對于水資源的可持續(xù)管理固然具有重要的意義和價(jià)值。而對于“是否有必要采取措施使其越小越好”的質(zhì)疑,法國專家根據(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)對環(huán)境造成一定影響;那對于法國這樣一個(gè)大部分地區(qū)水資源充沛的國家來說,相比節(jié)省了水資源所帶來的收益,減少漏損率的投人是否值得呢? 或者說,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估法,對兩方面的環(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)步驟來評估環(huán)境影響:目的與范圍確定、清單分析、影響評估和解釋說明。研究根據(jù)法國一個(gè)自來水公司的實(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漏損控制措施來使得供水效率達(dá)標(biāo);每一階段的供水效率逐級提高,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法得到最終的評估結(jié)果比較。