供水管网震后功能快速修复决策研究

突发地震灾害下,城市供水管网往往不可避免地会发生不同程度的破坏而导致城市供水功能的失效,对人们的生产生活产生了严重影响,快速对震后城市供水管网进行科学合理的功能修复,对于降低地震灾害损失具有重要意义。本文以城市供水管网为对象,针对震后管网系统功能评价及快速修复决策等问题进行了研究。在中国点式渗漏模型的基础上,采用基于破坏概率的渗漏面积计算方法,建立了考虑地震破坏随机性的管线渗漏流量计算模型;针对震后破坏管线展开了水力分析,并提出了以节点水头损失比为指标的节点服务性能失效状态量化方法;进而建立了震后管线的修复决策模型以及功能修复费用模型。研究成果可为震后功能修复工作中管线修复顺序及修复方案的优选提供科学依据,可显著提高震后应急救灾效率,实现城市供水功能的快速修复。     

以宁洱地震为例探讨供水管网震后抢修方案

2007年6月3日宁洱6.4级近城市直下型地震造成宁洱县供水管道严重破坏,供水网络瘫痪,全城断水。本文在震后宁洱供水系统灾害评价和科学考察的基础上,总结了此次宁洱地震供水系统震后应急抢修的经验和教训。查找城区管网的破坏点可以充分发挥专业管道探测设备的优势。震后采用关闭阀门分段检查,重点查找存在地表永久变形的区域,是快速确定供水主干管道漏水点的较佳方案。     

城市供水管网抗震能力评价研究

供水管网是城市重要的基础设施,为了高效合理地评估现有供水管网的抗震能力,本文从结构安全性角度出发,构建了供水管网综合抗震能力评价指标体系和供水管网综合抗震能力评价模型。综合分析管道各项指标,运用主成分分析法得到指标权重并建立供水管道抗震能力模型,基于图论理论构建了供水管网基础抗震能力评价模型。从物理、社会和时间效应三个维度出发,将管网基础抗震能力通过环境评价修正系数进行修正,构建了精细化的供水管网综合抗震能力评价模型,以此表征管网的易损性,为地震灾害风险评估工作提供支持。通过对深圳市供水管网进行抗震能力评价,将结果与传统震害预测结果对比,说明了评价模型的合理性。     

城市供水管网地震时的水力分析研究

震后,供水管网处于低压供水状态,使得管网中部分用户的水压和水量不能得到全部满足,导致管网部分节点的实际配水量小于需水量,为此,在传统的管网水力分析基础上考虑节点流量随水压的动态变化,进而求解管网节点实际流量和水压。为了比较传统的水力分析和考虑不同节点流量与节点压力的关系对水力分析结果的影响差异,对一实际管网进行了震后水力分析。结果表明,考虑节点流量随水压动态变化的水力分析能得到合理的节点压力和节点流量计算值。     

考虑多组件的供水管网抗震韧性分析与韧性提升策略

为量化和提高城市供水管网抗震韧性,提出了一种供水管网抗震韧性分析框架和一种基于重要度的恢复策略。首先建立了供水管网的4种常见组件(水塔、泵站、水厂和管道)的功能分析方法,获得其基于需求的抗震韧性指标;然后介绍了4种组件的易损性模型,确定各组件在地震下的损伤状态,并提出了一种基于动态重要度的方法来给出供水管网震后恢复策略。将该方法应用于一中型管网,对基于动态重要度的方法、基于静态重要度的方法和两种经验方法的抗震韧性进行比较。结果表明,基于动态重要度的方法可以显著提高供水管网的抗震韧性。     

区域供水管网综合抗震能力评估方法

为了评估大区域供水管网的综合抗震能力,分析了城市供水管网脆弱性的影响因素,并基于行业年鉴等数据资源建立了中国大陆区域供水管网综合抗震能力分析数据库。利用突变理论和模糊综合评价模型,建立了区域供水管网抗震能力评估指标体系,提出了区域综合抗震能力评估方法,结合720个城市供水管网管材、场地类别、城市类别、抗震设防等数据和评估影响指标,计算了每个城市基础抗震能力、供水管网自身抗震能力和综合抗震能力指数。建立了区域基础抗震能力分级和供水管网综合抗震能力分类标准,对中国大陆城市供水管网进行了分级和分类。利用ArcGIS计算并绘制了区域基础抗震能力分级图和供水管网综合抗震能力分类图。     

大连经济技术开发区供水管网抗震可靠性研究

在广泛收集供水管网资料的基础上,采用ＧＩＳ技术建立了大连开发区供水管网基础据数库,实现了基础资料的动态化、可视化。在此基础上,采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ技术,对开发区供水管网进行了系统的抗震可靠性研究,为开发区防震减灾对策的实用性和可操作性提供了依据。     

供水管网在地震时的可靠性评估方法

本文提出了一种供水管网系统在地震作用时间的可靠性分析方法,开发出相应计算机应用软件并通过实例计算验证了该方法的可靠性和实用性。     

供水管网渗漏分析研究

渗漏管网的流分析是进行供水管网震后功能评价，从而实现在系统层次进行抗震设计的基础。在正常使用阶段，渗漏也是供水管网设计必须考虑的问题。本文介绍了供水管网渗漏分析的两类基本模型，在此基础上，给出了考虑渗漏模型的供水管网流分析的实施步骤。为了比较无渗漏模型和渗漏模型的差异及不同渗漏模型对计算结果的影响，对一典型供水管网进行了无渗漏管网模型的流分析和不同渗漏模型的带渗漏管网的流分析。分析结果表明，合理的渗漏模型是正确评价供水管网服务能力的基础。     

基于模拟退火算法的供水管网抗震优化设计

本文以管网造价为优化目标,管网拓扑结构为优化参数,管网节点最低可靠度为约束条件,建立了供水管网抗震拓扑优化模型。在供水管网功能可靠性分析方法的基础上,结合单元概率重要度分析方法,利用模拟退火算法提出了供水管网的抗震拓扑优化方法,并对一典型供水管网进行了拓扑优化分析。分析表明,对于管网抗震拓扑优化这样一个组合优化问题,模拟退火算法提供了一类很好的途径,以此为基础进行供水管网抗震可靠性优化设计具有很好的效果。     

供水管网健康监测的压力监测点优化布置

供水管网压力监测点的优化布置可以提高供水管网健康监测的效率,为此在回顾了以供水管网优化调度为目的的压力监测点优化布置研究基础上,提出了一种以城市供水管网健康监测为目的的压力监测点优化布置的实用方法。该方法通过假设在管网的不同位置存在不同程度的局部漏损,并逐节点假设压力监测点,再以局部漏损对监测点压力的影响度大小为目标来实现压力监测点的优化布置。文中通过算例分析对方法的有效性进行了验证。研究表明,压力监测点多应布置在对压力比较敏感的管网末端,与实际工程经验一致;漏损大小对压力影响度的局部排序有一定影响,但影响非常小;本方法可用于小的局部漏损的监测,也可用于大的爆管事故的监测。     

城市供水管网在地震时的连通可靠性分析

考虑地震作用效应和管道抗力的随机特性,建立了埋地管道单元的概率预测模型,评估其在地震时的震害状态。把供水管网系统简化为边权有向网络图,通过Monte Carlo随机模拟过程,近似再现管网中各管段的破坏状态,进而分别结合图论理论方法和模糊关系矩阵法,对管网进行连通可靠性分析。由于Monte Carlo模拟算法是以管网各节点与水源点处于连通状态的近似频率计算来代替精确概率分析,为获得稳定的计算结果,对所用算例进行了5000次模拟。算例分析表明,基于图论方法和模糊关系矩阵法得到的管网连通可靠性结果基本相等。     

基于GIS的震后修复建筑物空间分布格网化方法研究

针对传统格网化方法存在计算误差较大、计算效率较低等问题,提出一种新的方法——基于GIS的震后修复建筑物空间分布格网化方法。利用DEM数据、土地数据以及基础地理数据等,提取地形、地貌等各种影响因子。利用建筑面积总和以及土地利用分类数据进行多元线性回归建模,获取50 mm格网尺度下的建筑分布,利用POI数据与建筑空间的相关性,引入四叉树获取最高中心点集,在上述基础上构建格网震后修复建筑物空间分布模型,完成震后修复建筑物空间分布。实验结果表明,所提方法可有效降低计算误差,提高计算效率。     

体育场震后修复再建中混凝土结构消能减震设计研究

以往是用高层建筑防屈曲支撑的混凝土减震加固方法,以加固震后体育场混凝土结构的防屈曲支撑力为重点,存在的问题是未考虑结构不同部位节点的防屈曲消能减震支撑性能,加固效果差,需要深入研究混凝土结构建筑加固措施,提高震后体育场修复质量。研究采用基于性能和需求的消能减震设计方法,合理布置混凝土的消能支撑结构,在混凝土结构中底层节点设置防屈曲消能减震支撑,其他节点设置黏滞阻尼器,获取最佳阻尼器设置方案,提高结构减震加固效果。仿真实验说明,EL-Centro(NS)地震波和Newhall地震波情况下,所研究方法设计的消能减震新结构平均顶点侧移值分别比原结构小62 mm和110 mm;在不同震级的情况下,节点间位移角新结构小于原结构,说明该方法设计的体育场修复中混凝土结构减震稳定性强,是一种有效的减震加固方法。     

震后建筑群修复施工阶段工程造价动态预控系统

震后建筑群修复施工阶段工程造价动态控制比其他阶段更具有变动性,需要高精度和高灵活性的预控系统的运用才能保证工程造价不出现偏差。在此文中,设计震后建筑群修复施工阶段工程造价动态预控系统。相关人员可在用户登录模块进入系统界面,在系统的工程信息管理模块中,采用改进遗传算法构建震后建筑群修复工程造价模型,完成震后建筑群修复工程造价动态预控系统的设计。实验结果验证,本文所设计的基于改进遗传算法的造价动态预控系统能够有效实现震后建筑群修复施工阶段的工程造价动态预控,伴随造价样本数目的增多,误差率会逐渐降低,预控性能较好;且预控灵活性始终大于95%,使用局限性仅有0.04,实用性较高,能够为震后建筑修复施工部门的工程造价控制给予借鉴。     

基于震后低压变化的供水管网功能可靠度分析

供水管网的抗震功能是指供水管网在地震作用下能够满足震后城市特定用水需要（需水量和水压）的能力。地震发生后,供水管网一般处于低压供水状态,使得管网中部分用户的水压和水量不能得到全部满足,导致管网部分节点的实际配水量小于需水量。为此,在传统的管网水力分析基础上考虑节点流量随节点水压的动态变化,通过求解非线性水力方程组,得到管网节点实际流量和水压;同时,借鉴结构可靠度分析方法,引入供水管网系统随机水力模型,给出了震后供水管网功能可靠度分析的一次二阶矩方法。以一实际管网为例,演示了震后低压供水时管网功能可靠度分析的应用方法。     

城市供水管网健康监测与诊断(Ⅱ)——既有局部漏损识别方法

城市供水管网是城市最重要的生命线工程,相对于地上结构,地下供水管网具有更高的易损性。由于供水管网多埋于地下,管道的早期破坏难以及时发现。文中在供水管网用户流量预测的基础上,提出了供水管网既有局部漏损识别的一个方法,方法通过假设在管网的不同位置存在不同程度的局部漏损,计算监测点的压力,根据监测点压力的计算值和监测值之间误差最小为目标来识别出局部漏损的位置和程度。文中通过算例分析对方法的有效性进行了验证,并对具体实施中需要注意的几个问题进行了讨论。     

城市供水管网健康监测与诊断：Ⅲ．既有局部漏损识别方法之二

城市供水管网是城市最重要的生命线工程,相对于地上结构,地下供水管网具有更高的易损性。由于供水管网多埋于地下,管道的早期破坏难以及时发现。本文提出了既有供水管网局部漏损识别的第2个方法：假设在管网的不同位置存在不同程度的局部漏损,计算监测管段的流量,以监测管段流量的计算值和监测值之间的误差最小为目标来识别出局部漏损的位置和程度。通过算例分析对本文方法的有效性进行了验证,并与既有供水管网局部漏损识别的第1个方法进行了比较。结果表明,本文方法在准确率和分辨率两个方面均优于第1个方法。本文解决了供水管网健康监测和诊断中的一个基本问题。     

基于微粒群算法的供水管网抗震优化设计

以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点最低可靠度为约束条件,建立了供水管网抗震优化设计模型。利用微粒群算法对这一模型进行了求解,该算法以管网作为微粒个体,通过不断地更新微粒的位置来搜索最优的管网结构,直到最后给出优化的管网结构。利用上述方法对一典型供水管网进行了抗震优化设计分析,给出了3种不同节点最低可靠度约束条件下的优化改造方案。