供水管网爆管风险评估及可视化研究.docxVIP

供水管网爆管风险评估及可视化研究周 超 信昆仑 陶 涛 尹兆龙（同济大学环境科学与工程学院，上海 200092）摘要：目前城市供水管网爆管事故频发，城市管网的供水安全受到极大的威胁。本文以北方城市 ZZ 市供水管网为研究对象，建立了爆管信息的数据库和爆管风险预测模型，对供水管网发生爆管的概率进行了预 测，并编写可视化程序，通过在线地图 api 的技术， 供水管网爆管风险评估及可视化研究 周 超 信昆仑 陶 涛 尹兆龙 （同济大学环境科学与工程学院，上海 200092） 摘要：目前城市供水管网爆管事故频发，城市管网的供水安全受到极大的威胁。本文以北方城市 ZZ 市 供水管网为研究对象，建立了爆管信息的数据库和爆管风险预测模型，对供水管网发生爆管的概率进行了预 测，并编写可视化程序，通过在线地图 api 的技术，使管网风险评价结果以图形形式在城市地图上动态展现。 这为供水企业的管网巡检、管道风险预警、管道探漏提供了有效的可视化解决方案，并且为管网改造维护提 供了评价标准和依据。 关键词：爆管 风险评价 地图 API 可视化 DOI:10.14143/j.cnki.czgs.2015.01.019 供水管网是城市不可或缺的基础设施，越来越多 的城市供水爆管事故对市民的生活和用水安全带来了 极大的不便甚至危险。目前国内的供水爆管研究中， 有关管网的风险评估及其风险评估的可视化研究相对 较少 [1]。本文针对我国供水管网爆管管理现状，以北 方某城市供水管网为研究对象，结合百度地图进行管 网爆管风险评估和可视化研究和开发。 1. 研究区域简介 zz 市具有完善的供水管网信息系统和可用以指导 实践的管网水力模型，具有良好的管网基础资料信息 资源。本文收集 zz 市管网 GIS 数据，包括管网管线 图、300mm 以上管线的管径、管材、安装年份、质管 长等信息，建立数据库。此外还包括 2007 至 2013 年 的 96 条 300mm 以上的爆管记录信息，包括管径、管 材、安装时间、GIS 管道编号、爆管地点、爆漏类型、 现场图片。 2. 爆管预测模型的建立 2.1 模型假设 爆管是由老化和其它风险因素引起的。爆管率基 准函数 h0 (t ) 以管龄为自变量，表示当其它风险因素 都处于中等水平时的管段老化过程。其它风险因素对 爆管率的影响用强度相关条件 ebZ 表示。某时刻管段 发生爆管的条件概率是该时刻时间相关条件与强度相 关条件的乘积。另假定基准危险函数关于管龄 t 成二 项式分布，只考虑管材和管径这两个危险因素。 2.2 分析与建立模型 所有管段为总体，某个管段为个体。用 T 表示个 体爆管管龄，T 为非负随机变量，那么生存函数的定 义为 T 大于等于 t 时的条件概率 ： ST (t ) ? Pr(T ? t ) 式 -1 如果 T 连续，那么爆管管龄的分布密度函数 f (t ) 定义如下 ： T 式 -2 并且有 ? ST (t ) ? ?t fT (u)du 式 -3 危险率函数 h(t ) 表示生存到时间 t 的个体管段在 时刻T ? t 时发生爆管的比率，定义如下 ： ? Pr(t ? T ? ?t / T ? t ) ? fT (t ) h(t ) ? lim ?t ?0? 式 -4 ?t ST (t ) 以 zz 市管网信息为基础，采用供水管道生存分 析结合管网爆管风险性时间、空间评价的方法建立爆 管预测模型 [2-3]。 式 -5 式中 ： t —时间 ； h(t, Z ) —危险函数，表示事故瞬间发生率，即 存活到时间 t 的管段，在 t ? ?t 时刻发生爆管事故的 概率 ； h0 (t ) —基准危险函数 ； —作用于危险函数的多变量的向量 ； b —从现有数据中用回归的方法得出的系数向量。 68 城镇供水 NO.1 2015 ·研究与探讨·CITY AND TOWN WATER SUPPLY假定基准危险函数关于管龄成二项式分布 ：式 -6 考虑管径 X 1 和管材 X 2 两个危险因素，则爆管率模型为 ：段爆管率为危险度与管长之积。通过这个爆管模型，可以将管网的爆管风险进行量化，通过管段的爆管率 来体现管网的爆管风险大小。通过式 1 计算得到每条 管段相应的爆管率。管段爆管率对时间求积分得管段在未来时间段爆 管次数，再对各管段在未来时间段爆管次数求和得总 爆管次数。总爆管次数为 ：2.3 模型参数估计爆管预测模型的主变量是管龄 t ，协变量是管径X 1 和管材 X 2 。收集爆管历史数据和干管数据，对2007~2012 年共 6 年的 66 条爆管记录按爆管管龄分组，组间距为 10 年。列出每组爆管频数，爆管频数除以6 即为年平均爆管次数。而爆管率为年平均爆管次数 与干管总长度的比值。干管