D市多水源供水管网系统水源事故时优化调度研究(13)

哈尔滨工业大学硕士学位论文

无论其多么复杂，只是对实际供水管网系统的近似模拟。国内外许多学者对管网水力建模进行了大量的研究，按照建模方法的不同，一般可将管网水力模型分为三类：宏观水力模型、微观水力模型和简化水力模型。

1.2.1.1 宏观水力模型

宏观水力模型(Macroscopic Model)就是在供水管网实际运行记录的基础上，利用统计分析的方法，建立几个主要变量（流量、压力等）随时间变化的一种经验性的数学表达式[7]。宏观模型应用“黑箱理论”的基本思想，直接建立起供水系统的“输入量”和“输出量”的关系。它不必考虑管网中各节点以及各管段所有的结构和状态参数，避开管网内部繁琐的管网水力模拟计算，而是从整个供水管网系统的角度出发，直接给出与优化调度相关的几个主要参数之间的经验函数关系式。这些主要参数包括供水管网的总供水量、泵站出口的流量及压力、控制点及测压点的压力等[8]。在计算机发展水平比较低的年代，计算耗时是工程应用的瓶颈，因此，国内外学者对宏观模型进行了大量的研究。

1975年，Robert Demoyer JR[9]提出基于管网比例负荷的宏观模型。所谓比例负荷指的是管网中各供水泵站供水量、各节点的用水量以及系统总用水量在不同各个时段都以一个统一的比例因子上下浮动。但在我国城市管网结构复杂，不同类型的用水用户有较大差别，其用水量变化规律存在着很大差别，故供水工况一般不满足该比例负荷的条件。

为了打破比例负荷宏观模型的限制，针对我国大部分城市不满足“比例负荷”模型，1981年刘遂庆提出了分时段的管网统计模型[10]，这种模型实际上就是一种“非比例负荷”模型。国外Tarquin等[11]和国内的孙伟、赵洪宾[12]，赵新华等[13]，王训俭[14]对此也做了相关研究，均是在“非比例负荷”的基础上建立管网模型。“非比例负荷”的模型的主要思想是，利用获取的各个时段几种重要的管网运行参数（如水厂出水压力、水厂出水量、控制点压力、测压点压力等），以统计学为基础，通过获取的运行数据进行回归分析和计算建立起宏观变量之间的回归方程式，从而建立系统网络分析模型。这些模型更加符合我国城市用水量变化规律。

宏观水力模型建模所需要的数据较少，其数学模型简单，建模速度较快，但宏观水力模型只是从统计分析角度，进行模拟计算，没有实质揭示管网内部运行状态，故其精度较低。另外由于宏观模型的数据基础是管网系统历史运行数据，当管网结构变化较快，管网用水规律变化较大时，模型的模拟精度就难以保证，需要及时不断地修正，从而降低了模型的稳定性。

1.2.1.2 微观水力模型

管网微观模型(Microscopic Model)是根据供水管网系统的网状拓扑结构，将管