蒙特卡罗法在给水管网可靠性评价中的应用

摘要

给水管网是城市给水系统的重要组成部分，其可靠性直接关系着人们的生产和生活。近年来，随着用水规模的不断扩大及管道使用年限的增长，城市给水管网逐渐暴露出一些问题(如爆管、二次污染等)，对城市供水安全构成很大威胁。如何保证供水可靠性成为供水企业关注的焦点。 给水管网可靠性的研究，通常选用某一时刻(用水量最高时)管网运行数据建立管网模型，经过水力模拟，分析管网的水力可靠性。然而由于管网中各节点的用水量随时间变化较大，某时刻的评价结果难以准确反映管网的实际情况。同时，评价过程不涉及管网节点水质情况，评价结果难以令人信服。本研究在总结前人研究成果的基础上，选用具有代表性的某一时段管网运行数据，建立管网动态模型，综合分析供水管网中各用水节点的水力、水质情况，采用蒙特卡罗法从概率的角度对管网的可靠性进行评价。 研究中管网水力可靠性的评价建立在节点可利用水量法的基础上，通过水力模拟可得管网中各管段发生故障时节点的实际可利用水量。然后以节点水龄作为水质参数，通过建立相应的评价标准，对管网中节点的水质可靠性进行评价。最后综合考虑节点的水力可靠性和水质可靠性，建立节点综合可靠度指标。由于蒙特卡罗法能够实现物理过程的逼真模拟，运算不受问题维数的限制，因而采用该法模拟管网中各管段一年内发生故障的次数。具体实现以节点综合可靠度为评价指标，以模拟时段内节点用水量占管网总用水量的比值为权重，从概率的角度对管网系统的可靠性进行评价。 最后，将蒙特卡罗法分析可靠性原理，用于我国西北某市的给水管网系统。通过数据分析，可定位出管网中可靠性较低的用水节点及对管网系统可靠性影响较大的管段，与实际现场调查结果吻合，说明该计算方法对于指导管网的维护和改扩建具有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2给水管网可靠性理论研究动态

1.2.1国外研究动态

1.2.2国内研究动态

1.3论文研究内容和结构

1.3.1论文研究内容

1.3.2论文体系结构

第2章蒙特卡罗法

2.1蒙特卡罗法相关概率理论介绍

2.1.1随机变量、概率和概率分布

2.1.2伪随机数的生成和随机变量的抽样

2.1.3大数定律和中心极限定理

2.2蒙特卡罗法的原理

2.3蒙特卡罗法的使用步骤

2.4蒙特卡罗法的优缺点

2.5小结

第3章给水管网可靠性评价基本理论

3.1可靠性理论

3.1.1可靠性的定义

3.1.2可靠性指标

3.2给水管网可靠性

3.2.1系统可靠性研究方法

3.2.2供水系统的组成特点

3.2.3给水管网水力计算基本方程组

3.2.4给水管网可靠性评价的流程及范围

3.2.5给水管网中可靠性指标的确定

3.3给水管网水力可靠性分析模型

3.3.1水力模拟的约束条件

3.3.2节点可利用水量

3.3.3节点瞬时水力可靠度

3.3.4节点平均水力可靠度

3.4给水管网水质可靠性分析模型

3.4.1水质计算模型

3.4.2给水管网水龄计算

3.4.3给水管网水质可靠性评价

3.4.4节点水质可靠度计算

3.5给水管网可靠度计算

3.5.1节点综合可靠度

3.5.2节点概率可靠度

3.5.3管网可靠度

3.6小结

第4章蒙特卡罗法在给水管网可靠性分析中的应用

4.1蒙特卡罗法分析预处理

4.1.1建立给水管网模型

4.1.2管网模型校核

4.1.3故障状态下可靠性指标计算

4.2蒙特卡罗法求解流程

4.3给水管网可靠性评价的代码实现

4.3.1 EPANET2.0介绍

4.3.2 C++中EPANET2.O的调用方法

4.3.3代码实现

4.4小结

第5章工程实例分析

5.1工程实例概况

5.2输入数据

5.2.1参数假定

5.2.2节点参数输入

5.2.3管段参数输入

5.3结果输出及分析

5.3.1给水管网水力可靠性分析

5.3.2给水管网水质可靠性分析

5.3.3基于蒙特卡罗法的给水管网可靠性评价

5.3.4管网中水源点重要性分析

5.4影响可靠性的原因分析及应对措施

5.4.1原因分析

5.4.2改善措施

5.5小结

第6章结论与建议

6.1结论

6.2建议

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果