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研究使用特征线法求解 ＩＡＢ模型 ［２８］ ，阀门关闭时间为 ０．０１ｓ，瞬态水压数据为阀门关闭后 ４ｓ内
管道末端的压力变化，该时间对应于管道瞬变压力波的第一个完整周期，能够包含管道泄漏的大部分
特征信息。当 ｋ不变时，管道泄漏工况下的样本数据如图 ５所示，ｌ表示泄漏位置距离上游的相对管
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长，计算步长为 ５ × １０ ｓ。由图 ５可知，当泄漏量相同，泄漏位置不同时，压力波产生间断点的时刻
不同，泄漏位置越靠 近上 游，产 生 间 断 点 的 时 刻 距 离 关 闭 阀 门 的 时 刻 越 远；当 泄 漏 位 置 距 离 上 游
２５０ｍ，泄漏量由稳态流量的 １０％增大到 ２０％时，０～２ｓ内的压力值的衰减量由原来的 １．３７ｍ增大至
２．７２ｍ，说明泄漏量越大，第一个水击波衰减的幅度也越大。图 ６则反映了不同 ｋ值对瞬变水压波的
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影响，当泄漏位置及泄漏量相同，ｋ值由 ０．０１增大至 ０．０５时，激发的管道压力值也有所变化，压力波
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衰减速度随着ｋ的增大而加快。此外，还存在一定的相位偏移现象。算例表明，不同泄漏工况下的瞬
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变水压波表征的泄漏特征较为复杂。
根据模拟结果，分别构建用于预测泄漏位置的数据集［Ｌ］，用于预测泄漏量的数据集［Ｑ］和用于
预测 ｋ的数据集［Ｋ］，各数据集中不同泄漏工况的详细信息如表 １所示，其中样本个数对应于各数据
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集的泄漏工况数，例如数据集［Ｌ］，为构造足够数量样本，每一类泄漏位置均模拟 １９９个样本，分别
对应相同泄漏位置下不同泄漏量的工况，故样本总数为 ３９６０１，样本长度为一个周期内模拟的水压数
据的个数。

图 ４ 管道泄漏示意图

图 ５ 相同ｋ ３ 管道末端压力变化（ｋ ３ ０ ．０１） 图 ６ 不同ｋ ３ 管道末端压力变化（ｌ ＝ ０．３ ；Ｑ＝ ２０％Ｑ ０ ）
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表 １ 各数据集信息表

泄漏工况信息 样本 样本
数据集
泄漏位置 泄漏量大小 非恒定摩阻系数 ｋ ３ 个数 长度
［ Ｌ］ ［５，９９５］，间隔大小为 ５ｍ 初始流量的 ０．１％至 １９．９％，间隔大小为 ０．１％ ０．０１ ３９６０１ ７９９
［Ｑ］ ［５，９９５］，间隔大小为 ５ｍ 初始流量的 １％至 ２０％，间隔大小为 １％ ０．０１ ３９８０ ７９９
［０．０１，０．０５］，
［Ｋ］ ［２０，９８０］，间隔大小为 ２０ｍ 初始流量的 １％至 ２０％，间隔大小为 １％ ４９００ １９９
间隔大小为 ０．０１

３．１．２ 数据预处理 首先将模拟数据集样本打乱，使样本呈现随机性，然后以 ８∶１∶１的比例划分为训
练集、验证集和测试集。为便于泄漏位置、泄漏量、ｋ值的预测，构造数字映射字典，即将真实泄漏
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位置、泄漏量、ｋ值分别映射为一组数字，相同预测参数映射为相同数字，例如数据集［Ｑ］中共有 ２０
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类，即 ２０种不同泄漏量，将泄漏量真实值分别对应映射为［０，１９］的不同整数，比如真实泄漏量为初

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