基于級聯(lián)失效的城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性研究.pdf

1、供水管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點領(lǐng)域，其穩(wěn)定性和可靠性是保證人民生活質(zhì)量和城市機能正常運轉(zhuǎn)的不可或缺因素。目前，供水管網(wǎng)已發(fā)展為具有許多分支和交互連接邊的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。供水管網(wǎng)因其地理空間分布的相關(guān)性而對自然災(zāi)害或人為災(zāi)害造成的擾動特別敏感。網(wǎng)絡(luò)某處的微小擾動會改變網(wǎng)絡(luò)流，并觸發(fā)大范圍的連鎖反應(yīng)和次級失效。這種嚴(yán)重事件稱為級聯(lián)失效。因此，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)失效理論研究供水管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性，具有積極而重要的意義。
　　本文以供水管網(wǎng)為研究對

2、象，在分析國內(nèi)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)失效理論、供水管網(wǎng)水力計算方法、可靠性與脆弱性評價，深入研究了供水管網(wǎng)在面臨失效后網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)反應(yīng)過程及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能的變化。主要內(nèi)容如下:
　　(1)從網(wǎng)絡(luò)脆弱性角度出發(fā)，提出了一套合理的適用于失效條件下供水管網(wǎng)級聯(lián)效應(yīng)模擬方法。定義負(fù)載變化函數(shù)，描述重分布后的水壓和初始水壓在水壓承載力區(qū)間范圍內(nèi)的相對差異，記錄供水管網(wǎng)水力重分布信息。針對基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析方法沒有考慮到

3、供水管網(wǎng)節(jié)點不均勻性的問題，將供水管網(wǎng)水力計算引入每次級聯(lián)失效仿真，從基于流分析的角度，提供供水管網(wǎng)流量性能方面的信息，得到更加準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。
　　(2)在供水管網(wǎng)節(jié)點脆弱性研究基礎(chǔ)上，引入供水管網(wǎng)可靠性定義。建立了基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)失效的供水管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性分析模型。模型考慮了供水管網(wǎng)水力分析，管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、用戶用水量的時變性等不確定因素。針對失效情況下節(jié)點服務(wù)狀態(tài)改變的問題，定義了節(jié)點水壓和流量的函數(shù)，并基于EPANET2水力計

4、算引擎，采用壓力驅(qū)動分析方法更新供水管網(wǎng)流量。模型能夠有效識別關(guān)鍵管段。需水因子會對可靠性峰值和時間演變周期產(chǎn)生較大的影響。提示我們需要根據(jù)供水管網(wǎng)屬性和級聯(lián)失效特性來評價管網(wǎng)可靠性，以提高抵御災(zāi)害的能力。
　　(3)針對供水管網(wǎng)脆弱性和系統(tǒng)可靠性研究中出現(xiàn)的級聯(lián)失效水力重分布問題，建立級聯(lián)演變模型研究供水管網(wǎng)節(jié)點/管段受到攻擊后的級聯(lián)演變過程。針對供水管網(wǎng)節(jié)點和管段這兩種不同的攻擊策略，回答了系統(tǒng)可靠性、級聯(lián)演變持續(xù)時間與網(wǎng)絡(luò)負(fù)