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龙图腾网获悉北京工业大学申请的专利一种考虑震后负压作用的城市给水管网水质风险与供水可靠性计算方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115935858B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-25发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310050059.0，技术领域涉及：G06F30/28；该发明授权一种考虑震后负压作用的城市给水管网水质风险与供水可靠性计算方法是由侯本伟;黄金美;吴珊设计研发完成，并于2023-02-01向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种考虑震后负压作用的城市给水管网水质风险与供水可靠性计算方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种考虑震后负压作用的城市给水管网水质风险与供水可靠性计算方法，属于城市供水管网灾后水质安全评价领域。本发明包括步骤：日常运行情景下管道漏口面积的计算；蒙特卡洛模拟抽样产生地震作用下管网中管线的地震破坏场景；确定震后污染物入侵管网的情景；建立污染物入侵场景的管网模型；节点的平均水质风险的计算；管网供水可靠性的计算；节点平均水质风险均值的计算；管网可靠性均值的计算。本发明基于地震破坏作用下城市供水管网负压场景，通过污染入侵场景计算管网水质风险和供水可靠性，对指导城市供水管网的震后水质预警及应对策略，以及管网的抗震升级改造和震后的应急修复措施具有重大意义。

本发明授权一种考虑震后负压作用的城市给水管网水质风险与供水可靠性计算方法在权利要求书中公布了：1.一种考虑震后负压作用的城市给水管网水质风险与供水可靠性计算方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，确定日常运行情景下管道漏口面积；在日常运行工况下，由于管道老化原因导致一定漏水量；根据管网日常运行情景漏失水量，按管网总体漏失水量沿管长均匀分布原则，计算管线漏失水量；在管网水力模型中，并将管线漏水量施加在管线邻接节点上，通过节点扩散器模型的漏口面积模拟漏水量；当管网总体漏失水量比率为l％时，节点漏口面积的计算分为以下两个步骤： 步骤1.1，确定节点日常漏失水量QL,i；按照管网漏失水量按管长均匀分布原则，计算每个用户节点在指定管网漏失率l％下的节点漏失水量QL,i，其表达式为： 式中：QL,i为节点i的日常漏失水量；QT为管网总供水量；La为节点i的上游管段a的长度；Lb为节点i的下游管段b的长度；n为管网中全部管段数；Lj为管道j的长度； 步骤1.2，确定日常漏口面积A0,i；基于孔口出流方程，根据用户节点日常漏失水量QL,i，计算用户节点日常漏口面积A0,i，计算公式如下： 式中：A0,i为节点i在漏失率l％下的漏口面积；μ为孔口流量系数，取值范围为0.6～0.9；g为重力加速度；Hi为用户节点i处的水头；QL,i为节点i的日常漏失水量； 步骤2，蒙特卡洛模拟抽样产生地震作用下管网中管线的地震破坏场景；根据管线地震失效概率，采用蒙特卡洛模拟方法，随机抽样产生管线的震后状态{完好\渗漏\断开}，计算管线地震破坏产生的断开点及渗漏点的漏口面积AL,i； 步骤3，进行震后破坏场景下的管网水力模拟；根据地震作用下产生多处管线破坏点的场景，在原始管网模型中添加断开点、渗漏点的漏水量模型，建立震后水力模型，模拟管网多处管道同时大量漏水情景下的管网震后节点供水量和压力状态；震后低压或负压节点，一般出现在地势高程较大的区域或漏水量严重的区域； 步骤4，确定震后污染物入侵管网的情景；基于管网中的节点低压或负压及管线所处位置的水土环境的污水水头、浓度，确定污染物入侵管网中的位置、污染物入侵量、污染物浓度，主要有以下4个步骤： 步骤4.1，设置管网模型节点周围污水水头及浓度；考虑确定性场景或不确定性场景，选取以下方法中的一种方法对各个节点处的地下水水头及污水浓度进行设置，所述的节点包括用户节点和由地震破坏产生的断开点及渗漏点： ①管网模型节点处环境的地下水水头及污水浓度采用统一的定值，即不同节点的地下水水头相对于管网模型节点高程hi,0均设置为相同值，及不同节点的地下水污水浓度ci,0均设置为相同值； ②管网模型节点处环境的地下水水头采用统一的定值，即不同节点的地下水水头相对于管网模型节点高程hi,0均设置为相同值，地下水污水浓度为随机值，设置地下水浓度范围为c1～c2，通过蒙特卡洛模拟方法在范围内取值，随机确定每个管网模型节点的污水浓度ci,0； ③管网模型节点处环境的地下水污水浓度采用统一的定值，即不同节点的地下水污水浓度ci,0均设置为相同值，地下水水头为随机值，设置地下水水头相对于管网模型节点高程h1～h2，通过蒙特卡洛模拟方法在范围内取值，随机确定每个管网模型节点环境的地下水相对水头hi,0； ④管网模型节点处环境的地下水水头及污水浓度均为随机值，设置地下水水头相对于管网模型节点高程h1～h2，设置地下水浓度范围为c1～c2，通过蒙特卡洛模拟方法在范围内取值，随机确定每个管网模型节点环境的地下水相对水头hi,0和节点的污水浓度ci,0； 步骤4.2，确定污染物入侵位置；根据步骤4.1中的管网模型节点的地下水水头h0，根据步骤3震后破坏场景下的管网水力模拟结果，识别震后不同时刻模拟结果中节点压力低于环境中地下水水头h0的节点，这些节点即为污染物入侵节点； 步骤4.3，计算污染物入侵量；每个时刻，由入侵节点进入管网的污水量，根据污染物入侵节点的日常漏口面积A0,i计算，或根据地震造成的断开、渗漏节点的漏口面积AL,i进行计算，计算方法如下： 式中：Vi,t为在t时刻进入管网模型节点i的污水量；μ为孔口流量系数，取值范围为0.6～0.9；Ai为节点i的漏口面积，对于日常漏口Ai＝A0,i，由步骤1确定，对于地震破坏造成的断开、渗漏节点Ai＝AL,i，由步骤2确定；g为重力加速度；hi,0为用户节点i处的地下水相对水头，由步骤4.1确定；hi,t为用户节点i在t时刻的节点压力，由步骤3得到；T为管网模型模拟的时间步长，为步骤3模型中的模拟时间步长； 步骤4.4，计算污染物进入节点后的浓度；具体计算表达式如下所示： 式中：ci,t为管网模型节点i在时间t时的染物浓度，ci,0为节点i处环境的地下水的污水浓度，由步骤4.1确定，Vi,t为t时刻进入节点i的污水量，由步骤4.3确定，qi,t为在时刻t时管网中途经节点i的管网水量，由步骤3模型计算得到； 步骤5，建立污染物入侵场景的管网水力水质分析模型；采用步骤3建立的震后管网水力模型，将步骤4.3、步骤4.4计算的污染物入侵信息写入模型中建立管网震后水力水质模型，通过水力水质模拟，模拟污染物在管网中的衰减与扩散，计算获取各个节点的水力、水质结果； 步骤6，管网模型节点的水质风险指数Ri的计算；基于水质阈值指标，及污染物限值指标，根据步骤5的模型分析结果，计算各用户节点t时刻水质风险指数Ri,t，并计算节点在整个评估期间的水质风险指数Ri： 式中：Ri为管网中用户节点i在整个评估期间的水质风险指数；t0和tE分别为地震事件开始时间和水质评估结束时间，由步骤3震后管网水力模型确定；Ri,t为管网中用户节点i在t时刻的水质风险指数；qit为节点i在t时刻的水质，由步骤5计算得到，qb为水质阈值；ci,t为节点i在t时刻的污染物浓度，由步骤5计算得到，cb为污染物限值； 步骤7，管网供水可靠性的计算，地震破坏造成的水量大量漏失会造成管网供水能力的下降，以及污染物的入侵，降低了节点供水的可靠性，以用户节点流量和水质作为指标，对用户节点及管网的整体的供水可靠性进行计算，具体有以下两个步骤： 步骤7.1，节点震后供水可靠性的计算，根据步骤5计算的各个节点的水力、水质结果，采用地震场景下的节点供水量与需水量的比值，结合步骤6中计算的不同时刻的节点水质风险指数Ri,t，计算节点震后供水可靠性SIi,，采用不同时刻的节点供水可靠性最小值表示，具体计算表达式如下所示： 式中：SIi为管网中用户节点i的供水可靠性；SIi,t表示节点i在t时刻的供水可靠性；t0和tE分别为地震事件开始时间和水质评估结束时间；表示在时间t0和tE之间的节点i的不同时刻的供水可靠性的最小值；Ri,t为管网中用户节点i在t时刻的水质风险指数，由步骤6中公式6计算；Qit为节点i在t时刻的实际供水量，由步骤5计算得到；Q0,it为节点i在t时刻的需水量； 步骤7.2，管网震后供水整体可靠性的计算，通过计算全部节点震后供水可靠性的均值计算管网震后供水整体可靠性SI，计算公式为： 式中：SI为管网震后供水整体可靠性；SIi为管网中用户节点i的供水可靠性；m为全部用户节点数； 步骤8，重复步骤2～步骤7直到达到指定模拟次数N；其中，N为蒙特卡洛模拟产生的管网地震破坏样本数量； 步骤9，节点水质风险指数均值的计算；对每次模拟中步骤6得到的管网中各用户节点的水质风险指数Ri计算N次蒙特卡洛模拟的均值 步骤10，管网可靠性均值的计算，对每次模拟中步骤7得到的节点震后供水可靠性SIi,和管网震后供水整体可靠性SI计算N次蒙特卡洛模拟的均值和

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