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JP4308641B2 - Pipeline evaluation method - Google Patents
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JP4308641B2 - Pipeline evaluation method - Google Patents

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JP4308641B2 JP2003421733A JP2003421733A JP4308641B2 JP 4308641 B2 JP4308641 B2 JP 4308641B2 JP 2003421733 A JP2003421733 A JP 2003421733A JP 2003421733 A JP2003421733 A JP 2003421733A JP 4308641 B2 JP4308641 B2 JP 4308641B2
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Description

本発明は、管路の評価方法に関する。   The present invention relates to a pipeline evaluation method.

近年、水道事業において、既設の管網の状態を把握するとともにこの管網についての更新計画などを立てるといった維持管理を行うことは極めて重要となっている。例えば、管網に関するコンサルティング業務においては、管路に漏水等の事故が発生することにより管網全体に大きな影響を与える重要な管路はどれなのかを評価し、その結果を顧客などに提供している。   In recent years, in the water supply business, it has become extremely important to perform maintenance management such as grasping the state of an existing pipe network and making an update plan for the pipe network. For example, in consulting services related to pipe networks, we evaluate which important pipes have a major impact on the entire pipe network due to the occurrence of water leaks, etc., and provide the results to customers. ing.

上記の重要な管路は、管網に対して行う管網計算の結果をもとに評価することができる。管網計算とは、水源の水頭、管路の配置、管路の口径、水の需要点としての節点から取り出される水の需要量(以下、取り出し水量と記す)などの与条件下で、各管路の流量や各節点の水頭を計算することをいう。   The above-mentioned important pipelines can be evaluated based on the result of pipe network calculation performed on the pipe network. Pipe network calculation means each condition under given conditions such as the head of the water source, the arrangement of the pipe, the diameter of the pipe, the demand of water taken from the node as the demand point of water (hereinafter referred to as the quantity of water taken out). It means calculating the flow rate of the pipeline and the head of each node.

ここで、管網計算の結果をもとに管路を評価する方法を図3〜図13を用いて説明する。この評価方法は、評価を行うための準備工程と、この準備工程の結果を用いて評価のために用いる評価値を算出する計算工程と、計算工程後に評価の対象となる管路を設定する評価対象管路の設定工程と、算出した評価値をもとに各管路を評価する評価工程とを有する。なお、例えば、図3に示すような、水源S1、管路K1〜K8および節点N1〜N6のネットワーク関係から構成される管網に対して管網計算を行うにあたっては、図4および図5に示すような、種々の初期データが与えられている。   Here, a method for evaluating a pipe line based on the result of pipe network calculation will be described with reference to FIGS. This evaluation method includes a preparatory process for performing an evaluation, a calculation process for calculating an evaluation value to be used for evaluation using the result of the preparatory process, and an evaluation for setting a pipeline to be evaluated after the calculation process. It has a setting process of an object pipe line, and an evaluation process of evaluating each pipe line based on the calculated evaluation value. For example, when performing the pipe network calculation for the pipe network constituted by the network relationship of the water source S1, the pipe lines K1 to K8 and the nodes N1 to N6 as shown in FIG. 3, FIG. 4 and FIG. Various initial data are given as shown.

すなわち、水源S1については、水源の水頭としてのLWL(Low Water Level)〔m〕および水源S1の設置高さの水頭である地盤高〔m〕、節点N1〜N6については、取り出し水量〔m/s〕およびその節点の水頭である地盤高〔m〕、管路K1〜K8については、始点、終点、流速係数、管路長さ〔m〕、管内径〔mm〕が与えられている。 That is, for the water source S1, the LWL (Low Water Level) [m] as the head of the water source, the ground height [m] that is the head of the installation height of the water source S1, and the nodes N1 to N6, the amount of water [m 3 / S] and the ground height [m], which is the head of the node, and the pipe lines K1 to K8, the start point, the end point, the flow velocity coefficient, the pipe length [m], and the pipe inner diameter [mm] are given.

また、管網計算においては、水が管路の一端側から他端側に流れた時の損失水頭を求めるヘーゼン・ウイリアムスの実験式(数1に示す)を用いる。   In the calculation of the pipe network, the Hazen Williams empirical formula (shown in Equation 1) is used to find the loss head when water flows from one end to the other end of the pipe.

Figure 0004308641
数1において、hは損失水頭〔m〕、qは流量〔m/s〕、Cは流速係数、Dは管内径〔m〕、Lは管路長さ〔m〕であり、rを管路の抵抗係数とする(以下、管路抵抗と記す)。この管路抵抗rは、流速係数C、管内径Dおよび管路長さLにより決定する定数である。また、損失水頭h〔m〕を流量q〔m/s〕で偏微分したときの値をr´とすると、r´は数2で表される。
Figure 0004308641
In Equation 1, h is a head loss [m], q is a flow rate [m 3 / s], C 0 is a flow velocity coefficient, D is a pipe inner diameter [m], L is a pipe length [m], and r is The resistance coefficient of the pipe (hereinafter referred to as pipe resistance). The pipe resistance r is a constant determined by the flow velocity coefficient C 0 , the pipe inner diameter D, and the pipe length L. Further, r ′ is expressed by Equation 2 when a value obtained by partial differentiation of the loss head h [m] with the flow rate q [m 3 / s] is r ′.

Figure 0004308641
なお、以下において、このr´を変分抵抗と記す。
Figure 0004308641
In the following, this r ′ is referred to as variation resistance.

以上のような条件において、図3に示す管網に対して、メッシュ流量法により管網計算を行うには、まず、準備工程を行うため、図6に示すように、ステップ1(S001)として、図4および図5に示すような、管網の初期データの読み込みを行う。このとき、読み込むデータは、例えば、図4および図5に示すような数値データである。   Under the conditions as described above, in order to perform the pipe network calculation by the mesh flow method for the pipe network shown in FIG. 3, first, as shown in FIG. The initial data of the pipe network is read as shown in FIGS. At this time, the read data is, for example, numerical data as shown in FIGS.

次に、ステップ2(S002)として、ステップ1にて読み込んだデータに基づいて、図7に示すように、水源S1、節点N1〜N6、管路K1〜K8を連結し、管網におけるネットワーク関係を構築する。   Next, as step 2 (S002), based on the data read in step 1, as shown in FIG. 7, the water source S1, the nodes N1 to N6, and the pipelines K1 to K8 are connected, and the network relationship in the pipeline network Build up.

このとき、管路E1を介して水源S1と連結されている節点N7は、節点N1〜N6からの取り出し水量cが一定とされている管網計算に電気回路網の計算理論を応用するために仮想的に設けられる基準節点(水頭=0)であり、この仮想的に設けられる基準節点N7および管路E1は、公知の手法により作成することができる。このため、ここでは基準節点N7および管路E1の作成についての詳しい説明は避ける。なお、図中の矢印は、管路K1〜K8および管路E1の方向を示している。このとき、管路K1〜K8の方向は任意でよいが、管路E1の方向は、基準節点N7に向かうように設定しておく。また、管路E1についてのデータを図8に示す。図8に示すように、管路E1の始点は水源S1、終点は基準節点N7であり、この基準節点N7の水頭を0〔m〕と設定しているので、始点と終点との水頭差はA〔m〕となっている。   At this time, the node N7 connected to the water source S1 through the pipe E1 is used to apply the calculation theory of the electric network to the pipe network calculation in which the amount c of water taken out from the nodes N1 to N6 is constant. The reference node is virtually provided (water head = 0), and the reference node N7 and the pipe line E1 that are virtually provided can be created by a known method. For this reason, detailed description about creation of the reference node N7 and the pipe E1 is avoided here. In addition, the arrow in a figure has shown the direction of the pipe lines K1-K8 and the pipe line E1. At this time, the direction of the pipelines K1 to K8 may be arbitrary, but the direction of the pipeline E1 is set so as to be directed to the reference node N7. Moreover, the data about the pipe line E1 are shown in FIG. As shown in FIG. 8, the starting point of the pipe E1 is the water source S1, the end point is the reference node N7, and the head of this reference node N7 is set to 0 [m], so the head difference between the start point and the end point is A [m].

次に、図6に示すように、ステップ3(S003)として、グラフ理論に基づいて広さ優先木を検索する。一般に、グラフ理論における木とは、全ての点(節点)を含み、かつ、閉回路(ループ)を持たない部分グラフ(ここでは管路に相当する)と定義されており、広さ優先木は、根(基準節点)からできるだけ枝分かれするように探索して得られる木である。   Next, as shown in FIG. 6, as step 3 (S003), a breadth-first tree is searched based on the graph theory. In general, a tree in graph theory is defined as a subgraph (here, corresponding to a pipe line) that includes all points (nodes) and does not have a closed circuit (loop). , A tree obtained by searching so as to branch as much as possible from the root (reference node).

この広さ優先木の検索についても公知の手法により行うことができるので、ここではその手法についての詳しい説明は避ける。なお、ステップ3において行った広さ優先木検索の結果を図9に示す。図9に示すように、広さ優先木が張られた管路を木枝として実線で表し、広さ優先木が張られなかった管路を補木枝として破線で表している。   Since this breadth priority tree search can also be performed by a known method, a detailed description of the method is avoided here. The result of the breadth-first tree search performed in step 3 is shown in FIG. As shown in FIG. 9, a pipe line with a breadth-priority tree is represented by a solid line as a tree branch, and a pipe line without a breadth-priority tree is represented by a broken line as a complementary tree branch.

次に、ステップ4(S004)において、ステップ3において補木枝とされた管路K4およびK5には水が流れないものとし、節点N1〜N6から取り出される取り出し水量がc(=定数)であることに基づいて、木枝とされた管路K1〜K3、K6〜K8、E1の固定流量a(=定数)を設定する。このとき、例えば、管路K1の固定流量a(K1)は、管路K1の下流側の全ての節点の取り出し水量cの和で表される。また、基準節点N7から取り出される水の量は無く、逆に水源S1から全ての節点Nの取り出し水量cの和が供給される取り扱いになるので、管路E1の固定流量a(E1)には、負の符号を付する。したがって、管路K1〜K8およびE1のそれぞれの固定流量a(K1)〜a(K8)およびa(E1)は数3のようになる。なお、この固定流量aは各管路の管路抵抗rに関係しない設定値である。また、以下において、どの管路の固定流量であるのかを説明上特定する必要がない場合には固定流量aと記す。   Next, in step 4 (S004), it is assumed that water does not flow through the pipelines K4 and K5 that have been complemented in step 3, and the amount of water taken out from the nodes N1 to N6 is c (= constant). Based on this, the fixed flow rate a (= constant) of the pipe lines K1 to K3, K6 to K8, and E1, which are tree branches, is set. At this time, for example, the fixed flow rate a (K1) of the pipe line K1 is represented by the sum of the amounts c of water taken out from all nodes on the downstream side of the pipe line K1. In addition, there is no amount of water taken out from the reference node N7, and conversely, the sum of the taken-out water amounts c of all the nodes N is supplied from the water source S1, so that the fixed flow rate a (E1) of the pipeline E1 is And a negative sign. Accordingly, the fixed flow rates a (K1) to a (K8) and a (E1) of the pipelines K1 to K8 and E1 are as shown in Equation 3. The fixed flow rate a is a set value not related to the pipe resistance r of each pipe line. Further, in the following, when it is not necessary to specify for which explanation the fixed flow rate of the pipe line is, it is referred to as a fixed flow rate a.

Figure 0004308641
次に、ステップ5(S005)として、管網内に形成されたメッシュどうしの隣接関係を検索する。ここでいうメッシュとは、平面グラフにおいて枝(木枝、補木枝)に囲まれ、かつ、内部に枝を含まない領域である。
Figure 0004308641
Next, in step 5 (S005), the adjacent relationship between the meshes formed in the pipe network is searched. The mesh here is a region that is surrounded by branches (tree branches, complementary tree branches) in the plane graph and does not include branches inside.

図4および図5に示した条件や、ステップ2の結果から、管網におけるメッシュは、図10に示すように、メッシュ1とメッシュ2であること、およびメッシュ1とメッシュ2とは管路K8を共有して隣接していることを認識する。   From the conditions shown in FIGS. 4 and 5 and the result of step 2, the meshes in the pipe network are mesh 1 and mesh 2 as shown in FIG. 10, and mesh 1 and mesh 2 are pipeline K8. Recognize that they are adjacent to each other.

そして、メッシュ1およびメッシュ2に、任意の方向(図示においては右回り方向)に流れが発生していると仮定し、かつ、そのときのメッシュを循環する循環流量(以下、メッシュ流量と記す)をm1およびm2〔m/s〕(=変数)とする。なお、このメッシュ流量m1およびm2も上記の固定流量aと同様、各管路の管路抵抗rに関係しない設定値である。また、以下において、どのメッシュの流量であるのかを説明上特定する必要がない場合にはメッシュ流量mと記す。 Then, it is assumed that a flow is generated in the mesh 1 and the mesh 2 in an arbitrary direction (clockwise direction in the drawing), and a circulation flow rate circulating through the mesh at that time (hereinafter referred to as a mesh flow rate). Are m1 and m2 [m 3 / s] (= variable). The mesh flow rates m1 and m2 are also set values that are not related to the pipe resistance r of each pipe, as in the case of the fixed flow rate a. Further, in the following, when there is no need to specify which mesh flow rate is in the description, it is referred to as a mesh flow rate m.

それぞれの枝(管路)の流量qは、固定流量aとメッシュ流量mとの和であるので、固定流量aとメッシュ流量mとの値から、各枝(管路)における流量q(K1)〜q(K8)およびq(E1)を導く。流量qを導く際に、固定流量aの向きとメッシュ流量mの向きが同じ向きなら、固定流量aの値にメッシュ流量mの値を加え、固定流量aの向きとメッシュ流量mの向きが逆向きなら、固定流量aの値からメッシュ流量mの値を減ずる。このようにすると、各管路の流量qは、メッシュ流量m1、m2を用いて数4のように表される。なお、どの枝(管路)の流量であるのかを説明上特定する必要がない場合には流量qと記している。   Since the flow rate q of each branch (pipe) is the sum of the fixed flow rate a and the mesh flow rate m, the flow rate q (K1) in each branch (pipe) is determined from the values of the fixed flow rate a and the mesh flow rate m. -Q (K8) and q (E1) are derived. If the direction of the fixed flow rate a and the direction of the mesh flow rate m are the same when deriving the flow rate q, the value of the mesh flow rate m is added to the value of the fixed flow rate a, and the direction of the fixed flow rate a and the direction of the mesh flow rate m are reversed. If it is oriented, the value of the mesh flow rate m is subtracted from the value of the fixed flow rate a. If it does in this way, flow volume q of each pipe line will be expressed like a number 4 using mesh flow volume m1 and m2. In addition, when it is not necessary to specify which branch (pipeline) the flow rate is in the description, the flow rate is indicated as q.

Figure 0004308641
ここで、図11に示すように、メッシュに任意の方向(図示においては右回り方向)に流れが発生していると仮定したとき、これと同じ向きの流れの管路の損失水頭hに正、逆向きの流れの管路の損失水頭hに負の符号を与えると、このメッシュを構成する各管路の損失水頭の総和Σhは0となることから、図10に示すように、メッシュ1およびメッシュ2に関しては数5が成り立つ。
Figure 0004308641
Here, as shown in FIG. 11, when it is assumed that the flow is generated in an arbitrary direction (clockwise direction in the drawing) in the mesh, the flow head has a positive flow head h in the same direction. When a negative sign is given to the loss head h of the reverse flow pipe, the total sum Σh of the loss heads of the pipes constituting this mesh becomes 0. Therefore, as shown in FIG. For the mesh 2, Equation 5 holds.

Figure 0004308641
このとき、数1より、数5にて表した式を数6のように表現する。
Figure 0004308641
At this time, the formula expressed by Formula 5 is expressed as Formula 6 from Formula 1.

Figure 0004308641
数3より、取り出し水量cおよび固定流量aは定数であることから、数6で表される式は、メッシュ1のメッシュ流量m1およびメッシュ2のメッシュ流量m2を変数とする非線形連立方程式となる。
Figure 0004308641
From Equation 3, since the amount of extracted water c and the fixed flow rate a are constants, the equation represented by Equation 6 is a nonlinear simultaneous equation with the mesh flow rate m1 of the mesh 1 and the mesh flow rate m2 of the mesh 2 as variables.

この非線形連立方程式の解は、あとの計算工程でニュートン・ラフソン法による反復計算により求める。このときには数7に示す計算式を用いることは既に公知である。   The solution of the nonlinear simultaneous equations is obtained by iterative calculation by the Newton-Raphson method in a later calculation process. At this time, it is already known to use the calculation formula shown in Equation 7.

Figure 0004308641
Jはヤコビ行列であり、ΔMはM=(m1、m2)(Tは転置行列を表す)の値を修正する修正ベクトルである。このとき、このヤコビ行列Jの成分〔jij〕は、数8に示す式
Figure 0004308641
J is a Jacobian matrix, and ΔM is a correction vector for correcting the value of M = (m1, m2) T (T represents a transposed matrix). At this time, the component [j ij ] of the Jacobian matrix J is expressed by the equation shown in Equation 8.

Figure 0004308641
により求められるが、特にメッシュ流量法を用いた管網計算時におけるヤコビ行列Jの成分〔jij〕は、経験上、上記において検索したメッシュどうしの隣接関係、つまりステップ2で構築したネットワーク関係に基づいて求めることができる。したがって、ステップ6(S006)においては、ステップ5の結果より、ヤコビ行列Jを、数9に示すように決定する。
Figure 0004308641
In particular, the component [j ij ] of the Jacobian matrix J at the time of calculation of the pipe network using the mesh flow rate method is based on experience that the adjacent relationship between the meshes searched above, that is, the network relationship constructed in step 2 is Can be based on. Accordingly, in step 6 (S006), from the result of step 5, the Jacobian matrix J is determined as shown in equation (9).

Figure 0004308641
詳細には、管網内に形成されているメッシュの数が2個であるから、ヤコビ行列Jを2×2の行列と決定し、そして、このヤコビ行列Jの対角成分であるj11の値を、メッシュ1を構成している管路K2、K3、K4、K8の変分抵抗の和とし、かつ、j22の値を、メッシュ2を構成している管路K5、K6、K7、K8の変分抵抗の和とする。
Figure 0004308641
Specifically, since the number of meshes formed in the pipe network is two, the Jacobian matrix J is determined to be a 2 × 2 matrix, and the diagonal component j 11 of the Jacobian matrix J is determined. values, line K2 constituting the mesh 1, K3, K4, Shun Kazu of variation resistance K8, and the value of j 22, conduit K5 constituting the mesh 2, K6, K7, The sum of the variation resistance of K8.

さらに、このヤコビ行列Jの非対角成分であるj12およびj21値を、メッシュ1とメッシュ2とが共有している管路K8の変分抵抗の値(共有している管路が複数の場合には、それらの変分抵抗の和の値、共有していない場合は0)とし、かつ、メッシュ1の流れ方向とメッシュ2との流れ方向が逆であることからその符号を負(同方向なら正)にする。以上のようにして、ヤコビ行列Jを決定し、数7に示した計算式を決定する。ただし、この時点では各管路の変分抵抗は未知である。 Further, j 12 and j 21 values which are non-diagonal components of the Jacobian matrix J are used as the values of variation resistances of the pipe K8 shared by the mesh 1 and the mesh 2 (the number of shared pipes is plural. In this case, the sum of those variational resistances is set to 0, or 0 if not shared, and since the flow direction of the mesh 1 and the flow direction of the mesh 2 are opposite, the sign is negative ( If it is the same direction, make it positive). The Jacobian matrix J is determined as described above, and the calculation formula shown in Equation 7 is determined. However, at this point, the variation resistance of each pipeline is unknown.

ここで、ステップ6において決定したヤコビ行列Jの逆行列J−1を後の工程において算出しやすくするために、一般的に用いられるLU分解などをヤコビ行列Jに施しておいてもよい。 Here, in order to make it easier to calculate the inverse matrix J −1 of the Jacobian matrix J determined in step 6 in a later step, a commonly used LU decomposition or the like may be applied to the Jacobian matrix J.

以上のステップ1〜ステップ6により管路の評価を行うための準備工程を行ったが、上記の準備工程は、水源、管路および節点のネットワーク関係が決定すればこれに基づいて行える工程であり、特に、各管路の管路抵抗rなどに関係なく行える工程である。   Although the preparatory process for evaluating the pipeline by the above steps 1 to 6 was performed, the above preparatory process is a process that can be performed based on the network relation of the water source, the pipe line, and the node. In particular, this is a process that can be performed regardless of the pipe resistance r of each pipe.

次に、計算工程として、図6に示すように、ステップ7(S007)として、メッシュ流量m1およびm2に、ニュートン・ラフソン法による反復計算を開始するための任意の初期値を設定し、ステップ8(S008)において、数4より各管路における流量qの値を算出する。   Next, as shown in FIG. 6, as a calculation process, as step 7 (S007), arbitrary initial values for starting iterative calculation by the Newton-Raphson method are set in the mesh flow rates m1 and m2, and step 8 In (S008), the value of the flow rate q in each pipeline is calculated from Equation 4.

次に、各管路における流量qの値を求めると、ステップ9(S009)として、数2より各管路における変分抵抗r´を求める。そして、ステップ11(S010)として、各管路の流量qを数6に代入してF(M)を算出する。   Next, when the value of the flow rate q in each pipeline is obtained, the variation resistance r ′ in each pipeline is obtained from Equation 2 as step 9 (S009). In step 11 (S010), F (M) is calculated by substituting the flow rate q of each pipeline into Equation 6.

次に、ステップ11(S011)において、ステップ10において求めたf1(m)、f2(m)のそれぞれの値の絶対値が、例えば、閾値として設定されている1.0×10−6よりも小さいかどうかを判断する。 Next, in step 11 (S011), the absolute value of each value of f1 (m) and f2 (m) obtained in step 10 is, for example, larger than 1.0 × 10 −6 set as a threshold value. Determine if it is small.

このとき、f1(m)、f2(m)のそれぞれの値の絶対値が閾値10−6よりも小さくない場合には、メッシュ流量mの値が、数5を満たすメッシュ流量mの値よりも大きくずれているとしてステップ12(S012)に進む。 At this time, if the absolute value of each value of f1 (m) and f2 (m) is not smaller than the threshold value 10 −6 , the value of the mesh flow rate m is larger than the value of the mesh flow rate m satisfying Equation 5. The process proceeds to step 12 (S012) assuming that there is a large deviation.

ステップ12において、ステップ9で算出した各管路の変分抵抗r´の値を、ステップ6で決定したヤコビ行列Jに代入し、それに基づいて、ヤコビ行列Jの逆行列J−1を算出し、数10を導く。 In Step 12, the value of the variation resistance r ′ of each pipeline calculated in Step 9 is substituted into the Jacobian matrix J determined in Step 6, and based on this, the inverse matrix J −1 of the Jacobian matrix J is calculated. , Equation 10 is derived.

Figure 0004308641
そして、数10に示す連立1次方程式を解いて、修正ベクトルΔMの値を算出する。
Figure 0004308641
Then, the simultaneous linear equation shown in Equation 10 is solved to calculate the value of the correction vector ΔM.

次に、ステップ13(S013)において、算出した修正値Δm1、Δm2により、今回の計算に使用したメッシュ流量m1、m2の値(初回の計算の場合には初期値)を修正する、すなわち、k回目の計算時におけるMをMと表したときに、次回の計算において使用するMk+1をMk+1=M+ΔMとする。 Next, in step 13 (S013), the values of the mesh flow rates m1 and m2 used for the current calculation (initial values in the case of the first calculation) are corrected by the calculated correction values Δm1 and Δm2, that is, k When M at the time of the second calculation is expressed as M k , M k + 1 used in the next calculation is M k + 1 = M k + ΔM k .

そして、ステップ8に戻り、メッシュ流量を、修正後の値であるMk+1として、ステップ8〜ステップ11の計算を行い、f1(m)、f2(m)が閾値の条件を満たすまで、ニュートン・ラフソン法による反復計算を行う。 Then, returning to step 8, the mesh flow rate is set to M k + 1 which is a corrected value, and the calculation of step 8 to step 11 is performed. Until f1 (m) and f2 (m) satisfy the threshold condition, Newton · Performs iterative calculations using the Rafson method.

ステップ11において、f1(m)、f2(m)のそれぞれの値が、閾値10−6よりも小さくなった場合には、このときの計算において使用したメッシュ流量mの値が、数5を満たす解に十分に近づいたとして反復計算を終了し、ステップ14(S014)に進む。 In step 11, when each value of f1 (m) and f2 (m) becomes smaller than the threshold value 10 −6 , the value of the mesh flow rate m used in the calculation at this time satisfies Equation 5. The iterative calculation is terminated assuming that the solution is sufficiently close, and the process proceeds to step 14 (S014).

ステップ14において、今回の計算に使用したメッシュ流量m1、m2の値を、非線形連立方程式の解とする。そして、このメッシュ流量m1、m2の値を利用して、各管路における流量qを求め、数1から、各管路における損失水頭h(K1)〜h(K8)を求める。なお、どの管路の損失水頭であるのかを説明上特定する必要がない場合には損失水頭hと記している。   In step 14, the values of the mesh flow rates m1 and m2 used for the current calculation are set as solutions of the nonlinear simultaneous equations. Then, using the values of the mesh flow rates m1 and m2, the flow rate q in each pipeline is obtained, and the loss heads h (K1) to h (K8) in each pipeline are obtained from Equation 1. In addition, when it is not necessary to specify for which explanation it is a loss head of which pipe line, it is described as the loss head h.

そして、図12に示すように、LWLと動水位との差が損失水頭、動水位と地盤高との差が圧力水頭としての有効水頭という関係があるので、あらかじめ与えられているLWLと地盤高、および算出した損失水頭hの値より、例えば、各節点N1〜N6における有効水頭P(N1)〜P(N6)〔m〕、および水源S1のLWLと水源S1の地盤高H(S1)との差から水源S1の有効水頭P(S1)を評価値として算出する。そして、算出して得られた流量q、損失水頭h、有効水頭Pなどの値を記録する。なお、どの節点における有効水頭であるのかを説明上特定する必要がない場合には有効水頭Pと記している。   Then, as shown in FIG. 12, since the difference between the LWL and the dynamic water level is the loss head, and the difference between the dynamic water level and the ground height is the effective head as the pressure head, the LWL given in advance and the ground height From the calculated value of the loss head h, for example, the effective heads P (N1) to P (N6) [m] at the nodes N1 to N6, the LWL of the water source S1, and the ground height H (S1) of the water source S1 From the difference, the effective head P (S1) of the water source S1 is calculated as an evaluation value. Then, values such as the flow rate q, the loss head h, and the effective head P obtained by calculation are recorded. In addition, when it is not necessary to specify the effective head at which node, it is indicated as effective head P.

次に、評価対象管路の設定工程として、ステップ15(S015)において、評価の対象となる管路を消去していればもとの位置に戻すが、最初に行う計算は、評価対象となる管路を消去することなく完全な状態の管網に対して行っているので、そのままステップ16(S016)に進む。   Next, as an evaluation target pipeline setting process, in step 15 (S015), if the pipeline to be evaluated is erased, it is returned to the original position, but the first calculation is the evaluation target. Since the process is performed for the complete pipe network without deleting the pipe line, the process proceeds to step 16 (S016).

ステップ16において他に評価対象となる管路があるか否かを判断する。上述のように、最初に行う管網計算は、管路を消去することなく完全な状態の管網に対して行っており、次に各管路を評価しなければならないので、評価対象となる管路があるとしてステップ17(S017)に進む。   In step 16, it is determined whether there is another pipeline to be evaluated. As described above, the first calculation of the pipe network is performed on the pipe network in a complete state without deleting the pipes, and each pipe line must be evaluated next. Proceeding to step 17 (S017) assuming that there is a pipeline.

ステップ17において、評価対象となる管路を、例えば管路K2とすれば、図13に示すように、管網から管路K2を消去する。
完全な状態の管網から評価対象となる管路K2を削除すると、管路2が消去されたうえでの水源S、節点N、管路Kの連結関係すなわち管網のネットワーク関係を新たに構築する必要があるので、図6に示すように、ステップ2へ戻る。
In step 17, if the pipe to be evaluated is, for example, pipe K2, the pipe K2 is deleted from the pipe network as shown in FIG.
When the pipe K2 to be evaluated is deleted from the pipe network in the complete state, the connection relation of the water source S, the node N, and the pipe K after the pipe 2 is deleted, that is, the network relation of the pipe network is newly constructed. Therefore, the process returns to step 2 as shown in FIG.

そして、管路K2が消去された状態の管網に対して、管網のネットワーク関係の構築、広さ優先木の検索などの準備工程を行い、管路K2が消去された状態の管網における評価値を算出するための計算式を導出する。   Then, for the pipe network in which the pipe K2 has been deleted, preparatory steps such as the construction of the network relation of the pipe network and the search for the width priority tree are performed, and the pipe network in which the pipe K2 has been deleted A calculation formula for calculating the evaluation value is derived.

そして、計算工程に移り、ニュートン・ラフソン法による反復計算を行って、管路K2が消去された状態の管網における各管路の流量q、損失水頭hおよび各節点および水源S1の有効水頭Pを求める。   Then, the process proceeds to the calculation process, and the iterative calculation is performed by the Newton-Raphson method, and the flow rate q of each pipe, the loss head h, each node, and the effective head P of the water source S1 in the pipe network in which the pipe K2 is deleted. Ask for.

その後、他に評価対象となる管路があれば、ステップ16、ステップ17を経て、上記の管路K2と同様の操作を行い、また、評価対象となる管路がなければ、ステップ18(S018)に移る。   Thereafter, if there are other pipelines to be evaluated, the same operation as the above-described pipeline K2 is performed through steps 16 and 17, and if there is no pipeline to be evaluated, step 18 (S018). )

評価工程として、ステップ18において、管網全体に大きな影響を与える重要な管路はどれなのかを評価するために、上記のステップ14で記録した結果である流量q、損失水頭h、有効水頭Pなどの値を用いて、それぞれの管路の評価のための指標を算出する。ここでは、評価指標として平均圧力変化量を求める。   As an evaluation process, in step 18, in order to evaluate which of the important pipelines has a great influence on the entire pipe network, the flow rate q, the loss head h, and the effective head P that are the results recorded in step 14 above. Using these values, an index for evaluating each pipeline is calculated. Here, an average pressure change amount is obtained as an evaluation index.

平均圧力変化量は、評価対象管路が断水した場合における管網全体の圧力変動を表す指標であり、この平均圧力変化量の値が大きいほど管網全体の圧力変動が大きい、つまり管網全体に与える影響が大きいということになるので、その分、評価対象管路の重要度が高いことを示す。この平均圧力変化量は、管路の一方側に接続している節点Nまたは水源Sの有効水頭と、この管路の他方側に接続している節点Nまたは水源Sの有効水頭との平均値をこの管路の有効水頭の値として算出し、評価対象管路を設定する前の管網における特定の管路の有効水頭と、評価対象管路を設定した後の管網における前記特定の管路の有効水頭との差に前記特定の管路の容量を乗じた値を、全ての管路について算出してその総和を算出し、この総和を、全ての管路の容量の和で除すること算出することができる。したがって、ステップ14において記録した評価値としての有効水頭Pおよび必要な数値を数11に代入することでその値を算出する。   The average pressure change is an index representing the pressure fluctuation of the entire pipe network when the evaluation target pipe line is cut off. The larger the average pressure change amount, the larger the pressure fluctuation of the entire pipe network, that is, the entire pipe network. This means that the importance of the evaluation target pipeline is high. This average pressure change is the average value of the effective head of the node N or the water source S connected to one side of the pipe and the effective head of the node N or the water source S connected to the other side of the pipe. Is calculated as the value of the effective head of the pipe, the effective head of the specific pipe in the pipe network before setting the evaluation target pipe, and the specific pipe in the pipe network after setting the evaluation target pipe The value obtained by multiplying the difference from the effective head of the road by the capacity of the specific pipe is calculated for all the pipes to calculate the sum, and the sum is divided by the sum of the capacities of all the pipes. Can be calculated. Therefore, the value is calculated by substituting the effective head P as the evaluation value recorded in Step 14 and the necessary numerical value into Equation 11.

Figure 0004308641
なお、Pn、iは、完全な状態の管網における管路Kの両端の節点または水源の有効水頭の平均値であり、Pd、iは、評価対象管路を管網から取り除いた管網における管路Kの両端の節点または水源の有効水頭の平均値であり、Vは、管路Kの管容量である。
Figure 0004308641
Note that P n, i is the average value of the effective heads of the nodes or water sources at both ends of the pipe K i in the pipe network in a complete state, and P d, i is the pipe to be evaluated removed from the pipe network It is the average value of the effective heads of the nodes or water sources at both ends of the pipe line K i in the pipe network, and V i is the pipe capacity of the pipe line K i .

以上により、それぞれの管路を評価対象管路とした場合の平均圧力変化量を算出し、算出した平均圧力変化量の値が大きい管路から順に重要度が高い管路であると評価する。なお、特許文献1には、管網についての計算を行うコンピュータのメモリを効率的に活用しつつ、管網解析を行うことができる技術が記載されている。
特開平6−274576号公報
As described above, the average pressure change amount when each pipe line is set as the evaluation target pipe line is calculated, and it is evaluated that the calculated pipes are higher in importance in descending order of the calculated average pressure change amount. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a technique that can perform pipe network analysis while efficiently using a computer memory that performs calculation on the pipe network.
JP-A-6-274576

図6に示すような、管路の評価方法の場合、まず、完全な状態の管網に対しての計算を行い、次に、評価対象管路を消去した状態の管網に対して計算を行わなければならない。このとき、例えば、評価対象管路K2を管網から消去してしまうと、管路K2消去後の管網を新たな管網として、準備工程(ステップ1を除く)、すなわち、ステップ2〜ステップ6までの工程をあらためて行う必要がある。しかも、評価対象管路を替えるごとに、この準備工程(ステップ1を除く)を行わなければならず、評価対象管路が数千本程度になると、この準備工程を同じ数だけ行わなければならないので、管路評価の迅速化を図るための大きな妨げになってしまう。   In the case of the pipeline evaluation method as shown in FIG. 6, first, the calculation is performed on the complete pipe network, and then the calculation is performed on the pipe network in which the evaluation target pipe is deleted. It must be made. At this time, for example, if the evaluation target pipe line K2 is deleted from the pipe network, the pipe network after the pipe line K2 is erased is used as a new pipe network, and a preparation process (excluding step 1), that is, step 2 to step It is necessary to perform the steps up to 6 again. Moreover, every time the evaluation target pipe is changed, this preparation process (except for step 1) must be performed. When the number of evaluation target pipes reaches several thousand, the same number of preparation processes must be performed. Therefore, it becomes a big hindrance for speeding up pipe evaluation.

そこで本発明はこのような問題を解決して、任意の数の水源、管路および水の需要点のネットワーク関係から構成される管網において、この管網に影響を与える管路の評価を迅速に行うことを目的とする。   Therefore, the present invention solves such a problem, and in a pipe network composed of a network relationship of an arbitrary number of water sources, pipes, and water demand points, the evaluation of the pipes that affect the pipe network can be performed quickly. The purpose is to do.

上記課題を解決するために請求項1記載の発明は、任意の数の水源と、水の需要点と、前記水源または前記需要点が両端に接続される管路とのネットワーク関係から構成される管網にて、前記管網に影響を与える管路を評価する際に、前記評価を行うための準備工程と、前記準備工程の結果を用いて前記評価のために用いる評価値を算出する計算工程と、前記計算工程後に前記評価の対象となる管路を設定する評価対象管路の設定工程とを行う管路の評価方法において、前記準備工程として、前記ネットワーク関係を構築し、前記管網における各管路の流量を算出する計算式を前記構築したネットワーク関係に基づいて導出し、前記計算工程として、前記計算式を用いて前記管網における各管路の流量を算出し、前記算出した各管路の流量と、水が管路の一端側から他端側に流れたときにおける損失水頭をそのときの流量と管路の抵抗係数との積で表したヘーゼン・ウイリアムスの式とから、前記管網における各管路の損失水頭を算出し、前記算出した各管路の流量および損失水頭をもとに前記評価のために用いる評価値を算出し、前記評価対象管路の設定工程として、前記各管路の中から評価対象管路を決定し、前記評価対象管路における抵抗係数をその管路の通常時の抵抗係数よりも大きく設定して前記評価対象管路を水の流れ難い管路に設定変更し、そして、前記計算工程前に戻り、前記抵抗係数を大きくした状態の管網における各管路の流量、各管路の損失水頭および評価値を算出し、前記抵抗係数を変える前の管網における評価値と、前記抵抗係数を大きくした後の管網における評価値とを用いて、前記評価対象管路が管網に与える影響を評価するものである。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is configured by a network relationship of an arbitrary number of water sources, a water demand point, and a pipe line to which the water source or the demand point is connected at both ends. In a pipe network, when evaluating a pipeline that affects the pipe network, a preparatory process for performing the evaluation, and a calculation for calculating an evaluation value used for the evaluation using the result of the preparatory process In the pipeline evaluation method for performing a process and a process for setting an evaluation target pipeline for setting the pipeline to be evaluated after the calculation step, the network relationship is established as the preparation step, and the pipe network The calculation formula for calculating the flow rate of each pipeline in the network is derived based on the constructed network relationship, and as the calculation step, the calculation formula is used to calculate the flow rate of each pipeline in the pipeline network, and the calculation is performed. The flow rate of each pipeline From the Hazen-Williams formula, which represents the head of loss when water flows from one end of the pipe to the other, the product of the flow rate at that time and the resistance coefficient of the pipe, And calculating an evaluation value to be used for the evaluation based on the calculated flow rate and loss head of each pipeline, and as a setting step for the evaluation target pipeline, From which the evaluation target pipe is determined, the resistance coefficient in the evaluation target pipe is set to be larger than the normal resistance coefficient of the pipe, and the evaluation target pipe is set to a pipe that is difficult to flow of water, Then, before returning to the calculation step, the flow rate of each pipe in the pipe network in the state where the resistance coefficient is increased, the loss head of each pipe, and the evaluation value are calculated, and the evaluation in the pipe network before changing the resistance coefficient Value and pipe network after increasing the resistance coefficient By using the definitive evaluation value, the evaluation object line is intended to evaluate the effect of the tube network.

このように、評価対象管路における抵抗係数をその管路の通常時の抵抗係数よりも大きく設定して前記評価対象管路を水の流れ難い管路に設定変更することで、評価対象管路を管網から消去しなくても、管網から評価対象管路を消去した場合と同等の影響を管網に生じさせることができ、この状態の管網に対して計算工程を行うことで、評価対象管路を設定した時の管網における評価値を算出することができる。したがって、例えば、評価対象管路を設定した時にこの評価対象管路を管網から消去する場合であれば、評価対象管路を消去した後の管網について、ネットワーク関係の構築などの準備工程を行う必要があるが、評価対象管路を消去せずに、評価対象管路を水の流れ難い管路に設定変更することで、管網のネットワーク関係に変更が生じず、ネットワーク関係に基づいて行われた準備工程の結果も変わらないことから、評価対象管路を水の流れ難い管路に設定したときの管網における評価値を算出する際には、前記準備工程を省略することができる。   In this way, by setting the resistance coefficient in the evaluation target pipeline to be larger than the normal resistance coefficient of the pipe and changing the setting of the evaluation target pipeline to a pipeline that is difficult to flow of water, the evaluation target pipeline Even if it is not deleted from the pipe network, it is possible to cause the pipe network to have the same effect as when the evaluation target pipeline is deleted from the pipe network, and by performing the calculation process on the pipe network in this state, The evaluation value in the pipe network when the evaluation target pipeline is set can be calculated. Therefore, for example, if the evaluation target pipe is to be deleted from the pipe network when the evaluation target pipe is set, a preparatory process such as construction of a network relationship is performed on the pipe network after the evaluation target pipe is deleted. It is necessary to do this, but by changing the setting of the evaluation target pipe to a pipe that does not flow easily without erasing the evaluation target pipe, the network relation of the pipe network does not change, and based on the network relation Since the result of the preparatory process performed does not change, the preparatory process can be omitted when calculating the evaluation value in the pipe network when the evaluation target pipe is set to a pipe that is difficult to flow of water. .

請求項2記載の発明は請求項1記載の管路の評価方法において、水源の水頭の値と各需要点の水頭の値とが初期データとして与えられており、計算工程において、前記水源の水頭の値と前記計算工程中に算出した前記管路の損失水頭との差から、さらに、前記管路の下流側の需要点における水頭の値を減ずることで、前記需要点における圧力水頭である有効水頭の値を評価値として算出するものである。   According to a second aspect of the present invention, in the pipe evaluation method according to the first aspect, the value of the head of the water source and the value of the head of each demand point are given as initial data. From the difference between the value of the head and the loss head of the pipe calculated during the calculation step, the value of the head at the demand point downstream of the pipe is further reduced, so that the pressure head at the demand point is effective. The value of the head is calculated as the evaluation value.

請求項3記載の発明は請求項2記載の管路の評価方法において、水源の水頭の値と各需要点の水頭の値のほかに、前記水源の設置高さの水頭の値が初期データとして与えられており、計算工程において、前記水源の水頭と前記水源の設置高さの水頭との差から前記水源の有効水頭を算出し、各需要点における圧力水頭である有効水頭の値および前記水源の有効水頭の値を用いて、管路の一方側に接続している需要点または水源の有効水頭と、前記管路の他方側に接続している需要点または水源の有効水頭との平均値を前記管路の有効水頭の値として算出し、評価対象管路を設定する前の管網における特定の管路の有効水頭と、評価対象管路を設定した後の管網における前記特定の管路の有効水頭との差に前記特定の管路の容量を乗じた値を、全ての管路について算出してその総和を算出し、前記総和を、前記全ての管路の容量の和で除することで、評価の指標としての前記管網の平均圧力変化量を算出し、前記平均圧力変化量の大きさにより、前記評価対象管路の評価を行うものである。   The invention according to claim 3 is the pipe evaluation method according to claim 2, in addition to the value of the head of the water source and the value of the head of each demand point, the value of the head of the installation height of the water source is the initial data. In the calculation step, the effective head of the water source is calculated from the difference between the head of the water source and the head of the installation height of the water source, and the value of the effective head that is the pressure head at each demand point and the water source The average value of the effective head of the demand point or water source connected to one side of the pipeline and the effective head of the demand point or water source connected to the other side of the pipeline using the effective head value of Is calculated as the value of the effective head of the pipe, the effective head of the specific pipe in the pipe network before setting the evaluation target pipe, and the specific pipe in the pipe network after setting the evaluation target pipe A value obtained by multiplying the difference from the effective head of the road by the capacity of the specific pipe line, Calculating the total sum of the pipes and calculating the sum, dividing the sum by the sum of the capacities of all the pipes to calculate the average pressure change amount of the pipe network as an evaluation index; The evaluation target pipe line is evaluated based on the magnitude of the average pressure change amount.

このようにすると、評価の指標として平均圧力変化量を算出することで、この値の大きさを比べるだけで、管路の評価を容易に行うことができる。また、各評価対象管路の場合における平均圧力変化量の大きさの順番が、管網における圧力変動の大きさの順番を表すことになるので、この結果から、各評価対象管路の重要度の判断をすることができる。   In this way, by calculating the average pressure change amount as an evaluation index, it is possible to easily evaluate the pipeline only by comparing the magnitude of this value. In addition, since the order of the magnitude of the average pressure change amount in the case of each evaluation target pipe represents the order of the magnitude of pressure fluctuation in the pipe network, from this result, the importance of each evaluation target pipe Can be judged.

以上のように本発明によれば、評価対象管路を水の流れ難い管路に設定したときの管網における評価値を算出する際に、準備工程を省略することができるので、評価対象管路の評価を迅速に行うことができる。   As described above, according to the present invention, since the preparation step can be omitted when calculating the evaluation value in the pipe network when the evaluation target pipe is set to a pipe that is difficult to flow of water, the evaluation target pipe The road can be evaluated quickly.

また、評価の指標として平均圧力変化量を算出することで、この値の大きさを比べるだけで、管路の評価を容易に行うことができる。また、各評価対象管路の場合における平均圧力変化量の大きさの順番が、管網における圧力変動の大きさの順番を表すことになるので、この結果から、各評価対象管路の重要度の判断をすることができる。   In addition, by calculating the average pressure change amount as an evaluation index, it is possible to easily evaluate the pipeline only by comparing the magnitudes of the values. In addition, since the order of the magnitude of the average pressure change amount in the case of each evaluation target pipe represents the order of the magnitude of pressure fluctuation in the pipe network, from this result, the importance of each evaluation target pipe Can be judged.

本発明の実施の形態の管路の評価方法を説明する。なお、この方法により管路を評価する際の管網計算の対象となる管網は、図3に示した管網と同様の構成であり、また、管網計算の際に与えられる初期データも図4および図5に示した初期データと同じである。さらに、以下の説明における管網計算の方法は、従来同様、メッシュ流量法を用いている。   A method for evaluating a pipeline according to an embodiment of the present invention will be described. It should be noted that the pipe network to be subjected to the pipe network calculation when evaluating the pipe line by this method has the same configuration as the pipe network shown in FIG. 3, and the initial data given at the time of the pipe network calculation is also This is the same as the initial data shown in FIGS. Further, the pipe network calculation method in the following description uses a mesh flow rate method as in the conventional case.

本発明の実施の形態の管路の評価方法により、管路を評価する際には、従来同様、まず、通常の状態の管網に対して準備工程および計算工程を行い、各管路の流量q、損失水頭h、評価値としての有効水頭Pを算出して、これを記録する。このときの準備工程および計算工程、すなわち、図1に示すステップ1(S001)〜ステップ14(S014)の工程は、図6に示した従来のステップ1〜ステップ14と同様であるので、説明は省略する。   When evaluating pipes by the pipe line evaluation method according to the embodiment of the present invention, first, as in the prior art, first, a preparation process and a calculation process are performed on a pipe network in a normal state, and the flow rate of each pipe line q, loss head h, and effective head P as an evaluation value are calculated and recorded. The preparation process and the calculation process at this time, that is, the process of Step 1 (S001) to Step 14 (S014) shown in FIG. 1 is the same as the conventional Step 1 to Step 14 shown in FIG. Omitted.

ステップ14の工程が終わると、図1に示すように、評価対象管路の設定工程として、ステップ15(S015)に進む。この時点において、評価対象管路は設定していないのでステップ16(S016)に進み、次に、評価対象管路が管網全体に与える影響を調べるため、ステップ17(S017)に進む。   When the process of step 14 is completed, as shown in FIG. 1, the process proceeds to step 15 (S015) as a process for setting the evaluation target pipeline. At this point, since the evaluation target pipeline has not been set, the process proceeds to step 16 (S016), and then to step 17 (S017) in order to examine the influence of the evaluation target pipeline on the entire pipe network.

ステップ17において、評価対象となる管路を決定し、この評価対象管路における管路抵抗rの大きさを、この管路の通常時の管路抵抗rよりも十分に大きく設定して評価対象管路を水の流れ難い管路に設定変更する。   In step 17, a pipe to be evaluated is determined, and the magnitude of the pipe resistance r in the pipe to be evaluated is set sufficiently larger than the normal pipe resistance r of the pipe to be evaluated. Change the pipeline to a pipeline that is difficult for water to flow.

このように、評価対象管路を水の流れ難い管路に設定変更して、図2に示すように、管路K2を詰まらせたように表現することで、評価対象管路を管網から消去しなくても、管網から評価対象管路を消去した場合と同等の影響を管網に生じさせることができる。しかもこの場合、管網のネットワーク関係に変更が生じず、したがって、ネットワーク関係に基づいて行われた準備工程の結果も変わらない。これにより、評価対象管路を設定した管網における評価値を算出するときには、ネットワーク関係に基づいて行われ、かつ、管路抵抗rの値の大きさに関係しない準備工程を省略することができる。   In this way, by changing the setting of the evaluation target pipe to a pipe that is difficult to flow of water, and expressing the evaluation target pipe as clogged as shown in FIG. 2, the evaluation target pipe is removed from the pipe network. Even if it is not deleted, it is possible to cause the pipe network to have the same effect as when the evaluation target pipeline is deleted from the pipe network. In addition, in this case, the network relationship of the pipe network does not change, and therefore the result of the preparation process performed based on the network relationship does not change. Thereby, when calculating the evaluation value in the pipe network in which the evaluation target pipe line is set, the preparation process which is performed based on the network relation and is not related to the magnitude of the pipe resistance r can be omitted. .

これにより、評価対象管路を設定した管網における評価値を算出する際には、管路抵抗rの大きさによって計算結果が異なってくるステップ7以降から行うことができる。
以上のことから、図1に示すようにステップ7に戻り、従来と同様に、計算工程として、ステップ7〜ステップ13の工程を行う。そして、ステップ11(S011)において、f1(m)、f2(m)の値の絶対値が、閾値10−6よりも小さくなった場合には、ニュートン・ラフソン法による反復計算を終了し、ステップ14(S014)に進む。
Thereby, when calculating the evaluation value in the pipe network in which the evaluation target pipe line is set, it can be performed from step 7 onward in which the calculation result varies depending on the magnitude of the pipe resistance r.
From the above, the process returns to Step 7 as shown in FIG. 1, and Steps 7 to 13 are performed as calculation processes as in the prior art. In step 11 (S011), if the absolute values of f1 (m) and f2 (m) are smaller than the threshold value 10 −6 , the iterative calculation by the Newton-Raphson method is terminated, 14 (S014).

ステップ14において、今回の計算に使用したメッシュ流量m1、m2の値を数6に示した非線形連立方程式の解とする。
そして、このメッシュ流量m1、m2の値を利用して、各管路における流量qを求め、各管路における損失水頭h、評価値として、例えば、各節点および水源における有効水頭Pを算出する。そして、算出して得られた流量q、損失水頭h、有効水頭Pの値を記録し、ステップ15(S015)に進む。
In step 14, the values of the mesh flow rates m1 and m2 used for the current calculation are set as the solution of the nonlinear simultaneous equations shown in Equation 6.
Then, using the values of the mesh flow rates m1 and m2, the flow rate q in each pipeline is obtained, and the effective head P at each node and water source is calculated as the loss head h in each pipeline and the evaluation value, for example. Then, the values of the flow rate q, the loss head h, and the effective head P obtained by calculation are recorded, and the process proceeds to Step 15 (S015).

ステップ15において、評価対象管路、この場合は管路K2の管路抵抗rを通常の値に戻し、ステップ16(S016)に進む。
ステップ16において、ほかに評価対象となる管路があれば、ステップ17(S017)に進み、以降は管路K2の場合と同様の要領で計算を行い、ほかに評価対象となる管路がなければステップ18(S018)に進む。ステップ18において、従来と同様にして各管路の評価指標である平均圧力変化量を求め、各評価対象管路を評価する。
In step 15, the pipe resistance r of the pipe to be evaluated, in this case the pipe K2, is returned to the normal value, and the process proceeds to step 16 (S016).
If there are other pipelines to be evaluated in step 16, the process proceeds to step 17 (S 017). Thereafter, calculation is performed in the same manner as in the case of pipeline K 2, and there are no other pipelines to be evaluated. If so, the process proceeds to step 18 (S018). In step 18, the average pressure change amount, which is an evaluation index for each pipeline, is obtained in the same manner as in the prior art, and each evaluation target pipeline is evaluated.

以上のように、評価対象管路における管路抵抗rをその管路の通常時の管路抵抗rよりも十分に大きく設定して評価対象管路を水の流れ難い管路に設定変更することで、評価対象管路を管網から消去しなくても、管網から評価対象管路を消去した場合と同等の影響を管網に生じさせることができ、この状態の管網に対して計算工程を行うことで、評価対象管路を設定した時の管網における評価値を算出することができる。したがって、従来の管路の評価方法のように、評価対象管路を管網から消去する場合であれば、評価対象管路を消去した後の管網について、ネットワーク関係の構築などの準備工程を行う必要があるが、本実施の形態の管路の評価方法のように、評価対象管路を消去せずに、評価対象管路を水の流れ難い管路に設定変更することで、管網のネットワーク関係に変更が生じず、ネットワーク関係に基づいて行われた準備工程の結果も変わらないことから、評価対象管路を設定したときの管網における評価値を算出する際には、準備工程を省略することができる。これにより、管網に影響を与える管路の評価を迅速に行うことができる。   As described above, the pipe resistance r in the pipe to be evaluated is set to be sufficiently larger than the pipe resistance r at the normal time of the pipe, and the pipe to be evaluated is changed to a pipe in which water does not easily flow. Therefore, even if the evaluation target pipeline is not deleted from the pipe network, the same effect as when the evaluation target pipe is deleted from the pipe network can be generated in the pipe network. By performing the process, it is possible to calculate the evaluation value in the pipe network when the evaluation target pipeline is set. Therefore, if the evaluation target pipe is to be deleted from the pipe network as in the conventional pipe line evaluation method, a preparatory process such as construction of a network relationship is performed on the pipe network after the evaluation target pipe is deleted. Although it is necessary to perform this, as in the method for evaluating pipelines in the present embodiment, the pipeline to be evaluated is changed to a pipeline that is difficult to flow of water without erasing the pipeline to be evaluated. No change occurs in the network relationship, and the result of the preparation process performed based on the network relationship does not change, so when calculating the evaluation value in the pipe network when setting the evaluation target pipeline, the preparation process Can be omitted. Thereby, the evaluation of the pipe line that affects the pipe network can be performed quickly.

本発明の管路の評価方法を示す図である。It is a figure which shows the evaluation method of the pipe line of this invention. 評価対象管路を水が流れ難い管路に設定変更した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which carried out the setting change of the evaluation object pipe line to the pipe line where water does not flow easily. 評価の対象となる管網を示す図である。It is a figure which shows the pipe network used as the object of evaluation. 図3に示した管網における水源と節点とに与えられている初期データを示す図である。It is a figure which shows the initial data provided to the water source and node in the pipe network shown in FIG. 図3に示した管網における管路に与えられている初期データを示す図である。It is a figure which shows the initial data provided to the pipe line in the pipe network shown in FIG. 従来の管路の評価方法を示す図である。It is a figure which shows the evaluation method of the conventional pipe line. 管網におけるネットワーク関係を構築した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which constructed | assembled the network relationship in a pipe network. 図7における管路E1のデータを示す図である。It is a figure which shows the data of the pipe line E1 in FIG. 広さ優先木の検索結果を示す図である。It is a figure which shows the search result of a breadth priority tree. 管網におけるメッシュを示す図である。It is a figure which shows the mesh in a pipe network. 管網のメッシュにおける損失水頭の条件式を示す図である。It is a figure which shows the conditional expression of the loss head in the mesh of a pipe network. LWL、動水位、損失水頭、地盤高、有効水頭の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between LWL, dynamic water level, loss head, ground height, and effective head. 図3に示した管網において、管路K2を消去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which deleted the pipe line K2 in the pipe network shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

S 水源
K 管路
N 節点
h 損失水頭
r 管路抵抗
q 流量
流速係数
D 管内径
L 管路長さ
S Water source K Pipe line N Node h Loss head r Pipe resistance q Flow rate C 0 Flow coefficient D Pipe inner diameter L Pipe length

Claims (3)

任意の数の水源と、水の需要点と、前記水源または前記需要点が両端に接続される管路とのネットワーク関係から構成される管網にて、前記管網に影響を与える管路を評価する際に、前記評価を行うための準備工程と、前記準備工程の結果を用いて前記評価のために用いる評価値を算出する計算工程と、前記計算工程後に前記評価の対象となる管路を設定する評価対象管路の設定工程とを行う管路の評価方法において、前記準備工程として、前記ネットワーク関係を構築し、前記管網における各管路の流量を算出する計算式を前記構築したネットワーク関係に基づいて導出し、前記計算工程として、前記計算式を用いて前記管網における各管路の流量を算出し、前記算出した各管路の流量と、水が管路の一端側から他端側に流れたときにおける損失水頭をそのときの流量と管路の抵抗係数との積で表したヘーゼン・ウイリアムスの式とから、前記管網における各管路の損失水頭を算出し、前記算出した各管路の流量および損失水頭をもとに前記評価のために用いる評価値を算出し、前記評価対象管路の設定工程として、前記各管路の中から評価対象管路を決定し、前記評価対象管路における抵抗係数をその管路の通常時の抵抗係数よりも大きく設定して前記評価対象管路を水の流れ難い管路に設定変更し、そして、前記計算工程前に戻り、前記抵抗係数を大きくした状態の管網における各管路の流量、各管路の損失水頭および評価値を算出し、前記抵抗係数を変える前の管網における評価値と、前記抵抗係数を大きくした後の管網における評価値とを用いて、前記評価対象管路が管網に与える影響を評価することを特徴とする管路の評価方法。 In a pipe network composed of a network relationship between an arbitrary number of water sources, a water demand point, and a pipe line to which the water source or the demand point is connected at both ends, a pipe line that affects the pipe network When evaluating, a preparation step for performing the evaluation, a calculation step for calculating an evaluation value to be used for the evaluation using a result of the preparation step, and a pipeline to be subjected to the evaluation after the calculation step In the pipeline evaluation method for performing the evaluation target pipeline setting step for setting the network, as the preparation step, the network relationship is constructed, and the calculation formula for calculating the flow rate of each pipeline in the pipeline network is constructed. Derived based on the network relationship, as the calculation step, the flow rate of each pipeline in the pipe network is calculated using the calculation formula, and the calculated flow rate of each pipeline and water from one end side of the pipeline When it flows to the other end The loss head of each pipe in the pipe network is calculated from the Hezen-Williams equation, which represents the head of loss as the product of the current flow rate and the resistance coefficient of the pipe, and the calculated flow rate of each pipe and An evaluation value used for the evaluation is calculated based on the loss head, and the evaluation target pipeline is determined from the pipelines as the evaluation target pipeline setting step, and the resistance in the evaluation target pipeline is determined. The coefficient is set to be larger than the normal resistance coefficient of the pipe, and the evaluation target pipe is set to a pipe that is difficult to flow of water, and the state before the calculation step is returned and the resistance coefficient is increased. Calculate the flow rate of each pipe in the pipe network, the loss head of each pipe and the evaluation value, the evaluation value in the pipe network before changing the resistance coefficient, and the evaluation value in the pipe network after increasing the resistance coefficient And the evaluation target pipeline is a pipe. Conduit evaluation method characterized by evaluating the effect on. 水源の水頭の値と各需要点の水頭の値とが初期データとして与えられており、計算工程において、前記水源の水頭の値と前記計算工程中に算出した前記管路の損失水頭との差から、さらに、前記管路の下流側の需要点における水頭の値を減ずることで、前記需要点における圧力水頭である有効水頭の値を評価値として算出することを特徴とする請求項1記載の管路の評価方法。 The value of the head of the water source and the value of the head of each demand point are given as initial data, and in the calculation process, the difference between the value of the head of the water source and the head loss of the pipe calculated during the calculation process. The value of the effective head that is the pressure head at the demand point is further calculated as the evaluation value by reducing the value of the head at the demand point on the downstream side of the pipe. Pipeline evaluation method. 水源の水頭の値と各需要点の水頭の値のほかに、前記水源の設置高さの水頭の値が初期データとして与えられており、計算工程において、前記水源の水頭と前記水源の設置高さの水頭との差から前記水源の有効水頭を算出し、各需要点における圧力水頭である有効水頭の値および前記水源の有効水頭の値を用いて、管路の一方側に接続している需要点または水源の有効水頭と、前記管路の他方側に接続している需要点または水源の有効水頭との平均値を前記管路の有効水頭の値として算出し、評価対象管路を設定する前の管網における特定の管路の有効水頭と、評価対象管路を設定した後の管網における前記特定の管路の有効水頭との差に前記特定の管路の容量を乗じた値を、全ての管路について算出してその総和を算出し、前記総和を、前記全ての管路の容量の和で除することで、評価の指標としての前記管網の平均圧力変化量を算出し、前記平均圧力変化量の大きさにより、前記評価対象管路の評価を行うことを特徴とする請求項2記載の管路の評価方法。 In addition to the value of the head of the water source and the value of the head of each demand point, the value of the head of the installation height of the water source is given as initial data, and the head of the water source and the installation height of the water source are calculated in the calculation process. The effective head of the water source is calculated from the difference from the head of the head and connected to one side of the pipeline using the effective head value which is the pressure head at each demand point and the effective head value of the water source. Calculate the average value of the effective head of the demand point or water source and the effective head of the demand point or water source connected to the other side of the pipe as the value of the effective head of the pipe, and set the evaluation target pipe A value obtained by multiplying the difference between the effective head of the specific pipe in the pipe network before the evaluation and the effective head of the specific pipe in the pipe network after setting the evaluation target pipe by the capacity of the specific pipe Is calculated for all pipelines and the sum is calculated. By dividing by the sum of the capacities of all the pipes, the average pressure change amount of the pipe network as an evaluation index is calculated, and the evaluation target pipe line is evaluated based on the magnitude of the average pressure change amount. The pipe line evaluation method according to claim 2.
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