山地城市给水管网优化设计研究

论文摘要

我国的山地面积占国土面积的69%,山地城市的给水管网与平原城市的给水管网相比有许多不同的特点:首先,山地城市管网的标高与其水源标高相差悬殊,致使管网整体能耗高,低区管段压力大,爆管问题严重;第二,受山地城市布局的影响,山地管网延伸远,成环困难,可靠性低;第三,与平原地区管网相比,山地管网基建投资高,运行管理费用也高。因此,从山地城市给水管网的特点出发,设计出经济、合理、高效运行的管网,降低给水管网的建造及运行费用,成为提高供水企业效益的重要环节。本文针对山地城市给水管网的特点,从多个角度对其进行了探索和研究。主要工作和结论如下:①对常用的几种用水量预测模型进行了分析和讨论,提出了一种新的组合模型预测方法——方差-协方差优选组合模型。通过实例证明,方差-协方差优选组合模型比单个预测模型考虑问题更系统、更全面、更科学,能有效地减少单个模型预测过程中一些环境因素的影响,能够弥补各单个预测模型的局限性,具有更精确的预测效果,可用于城市用水量的预测。②对山地城市分区管网进行了水力条件分析和供水能耗分析,分别提出了串联分区管网节能优化模型与并联分区管网节能优化模型。③针对山地城市管网的特点对原有的优化模型基础式进行了改进,在原有基础式中加入了加压泵站的年成本和高位水池、水塔的年成本,同时考虑了货币的时间价值和峰谷电价对优化模型的影响。然后,根据平原城市管网模型的基础式,得出了山地城市管网分区优化模型的表达式。④由于山地管网分区优化模型属于大型混合离散变量求解问题,难以求得最优解,因此本文采用了系统工程学中的层次分析法对该问题进行求解计算,将优化问题分解成两个子问题,即布局优化问题和管网参数优化问题,其中管网参数优化子问题使用遗传算法求解。最后,使用层次分析法和遗传算法对翠屏山区给水管网进行了优化设计,优化结果证明了优化算法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 给水管网优化设计的目的和内容
• 1.2 给水管网优化的对象
• 1.3 山地城市的定义
• 1.4 山地城市给水管网的特点和运行方式
• 1.4.1 山地城市给水管网系统的分类
• 1.4.2 山地城市供水管网的特点
• 1.4.3 山地城市供水管网的运行方式
• 1.4.4 调节构筑物在管网运行中的作用
• 1.5 国内外给水管网优化设计方法
• 1.5.1 确定性优化方法
• 1.5.2 随机优化方法
• 1.6 山地城市给水管网设计理论及方法研究
• 1.7 课题学术和实用意义
• 1.8 课题来源、研究目的和内容
• 1.8.1 课题的来源和研究目的
• 1.8.2 课题的研究内容
• 2 城市用水量预测模型
• 2.1 城市用水量预测
• 2.2 常用的城市用水量预测模型
• 2.2.1 移动算术平均法
• 2.2.2 多元线性回归法
• 2.2.3 单元指数回归法
• 2.2.4 灰色预测方法
• 2.2.5 改进灰色预测GM（1，1）模型
• 2.3 方差-协方差优选组合模型在城市用水量中的应用
• 2.3.1 组合预测模型
• 2.3.2 方差-协方差优选组合预测模型的建立
• 2.3.3 应用实例分析
• 2.4 小结
• 3 分区给水管网水力计算与能量分析
• 3.1 管网分区概述
• 3.2 给水管网水力计算理论
• 3.2.1 牛顿迭代法
• 3.2.2 牛顿微分法
• 3.3 分区管网的供水能量分析
• 3.3.1 输水管的供水能量分析
• 3.3.2 城市给水管网的供水能量分析
• 3.3.3 山地城市管网的供水能量分析
• 3.3.4 应用分析
• 3.4 小结
• 4 山地城市给水管网优化模型
• 4.1 优化设计的目标
• 4.2 给水管网优化模型的基础式的研究
• 4.2.1 管线造价年成本
• 4.2.2 年平均动力费用
• 4.3 山地城市给水管网优化模型
• 4.3.1 加压泵站年成本值
• 4.3.2 高位水池、水塔年折算值
• 4.3.3 山地城市给水管网优化模型的目标函数
• 4.3.4 山地城市管网分区优化模型的约束条件
• 4.4 优化模型经济参数的确定
• 4.4.1 项目计算期t
• 4.4.2 管网供水能量系数γ
• 4.4.3 管道折旧及大修费用（管道基金）中参数m
• 4.5 管网分区优化的计算方法
• 4.5.1 计算理论的选择
• 4.5.2 分层分解算法的实现
• 4.5.3 子问题的求解方法
• 4.6 小结
• 5 工程实例
• 5.1 工程背景
• 5.2 基础资料的收集与确定
• 5.2.1 管网设计年限的确定
• 5.2.2 管网设计规模的确定
• 5.2.3 各种参数的确定
• 5.3 管网优化模型及求解
• 5.4 管网优化结果及分析
• 5.4.1 优化结果
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录