供水管网科学调度决策支持系统理论和应用研究

论文摘要

供水系统是城市基础设施的重要组成部分，在保障城市发展过程中发挥着重要作用，关系到社会经济稳定发展和人民生活安定。随着市场经济的发展，人们对供水可靠性、安全性、经济性和运行管理提出了更高的需求。供水企业需要通过供水科学调度系统，逐步提高供水管理水平和服务水平。供水科学调度系统的建设是“国家供水行业2010年技术进步规划及2020年远景目标”内容之一，已成为供水企业信息化建设发展的必然趋势。 供水管网科学调度是指在供水系统集中、全面和实时监控的基础上，运用现代化信息技术，采取智能化和优化控制理论和方法，安全可靠地将符合流量、压力和水质要求的水供应给用户，在最大限度提高供水系统安全可靠性的同时，降低供水运行成本，提高运行管理平，提高供水企业的经济效益与社会效益。供水管网科学调度系统主要包括数据采集与通信网络系统、数据库系统、调度决策支持系统和调度执行系统。 调度决策支持系统是供水科学调度系统的核心。它应具有供水系统模拟、用水量预测、调度优化决策、调度状态评估等功能。根据文献，综合论述了供水调度决策支持系统的基本理论，包括管网系统宏观和微观水力模型、水质模型及以供水经济性和水质安全性为多目标的优化决策模型。提出了单目标决策数学模型与多目标评估体系相结合的研究方案。本课题的目标为： (1) 设计调度决策支持系统结构和工作流程，在供水管网地理信息系统、供水管网数据采集与监控系统基础上建立管网微观水力模型、用水量预测模型、优化决策模型、多目标决策评估体系等。 (2) 开发调度决策支持系统的关键实用技术，以保障调度决策的理论和方法在实际生产运行中发挥指导作用。 (3) 将以上研究成果进行系统集成，开发供水调度决策系统应用软件。 按照上述课题目标，完成了如下研究内容： (1) 管网模型的动态模拟计算。通过建立管网微观水力模型，将隐蔽状态的管网运行数据用计算机手段进行直观化的现实仿真。管网建模首先是将实际管网简化和抽象为管段和节点两类元素，并赋予工程属性，以表达管网的拓扑关

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究课题的提出
• 1.3 国内外供水管网调度理论研究进展
• 1.3.1 管网模拟研究进展
• 1.3.2 水量预测研究进展
• 1.3.3 调度算法研究进展
• 1.3.4 国内供水调度理论研究存在的问题
• 1.4 研究目的、内容、创新和意义
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究创新
• 1.4.4 研究意义
• 第2章 供水调度决策支持系统的基本理论
• 2.1 概述
• 2.1.1 供水科学调度基本概念
• 2.1.2 调度决策支持系统基本概念
• 2.2 供水管网系统基本模型
• 2.2.1 管网水力数学模型
• 2.2.2 管网水质数学模型
• 2.3 供水调度优化决策基本模型
• 2.3.1 决策问题分析
• 2.3.2 多目标优化决策数学模型
• 2.4 调度决策支持系统的研究思想
• 2.4.1 多目标决策问题的解决方案
• 2.4.2 调度决策支持系统结构设计
• 2.4.3 调度决策支持系统流程设计
• 2.5 调度决策支持系统研究的技术路线
• 2.6 本章小结
• 第3章 供水管网动态模拟和用水量预测
• 3.1 供水管网动态模拟
• 3.1.1 管网模型建立
• 3.1.2 管网模型校核
• 3.1.3 管网动态模拟
• 3.1.4 应用实例
• 3.2 供水系统用水量预测
• 3.2.1 用水量变化的影响因素
• 3.2.2 用水量预测方法
• 3.2.3 应用实例
• 3.3 本章小结
• 第4章 供水调度决策数学模型求解算法
• 4.1 调度决策模型的确定
• 4.1.1 调度决策数学模型
• 4.1.2 其它约束条件分析
• 4.2 模型求解的数学算法
• 4.2.1 遗传算法
• 4.2.2 模拟退火算法
• 4.2.3 遗传模拟退火算法
• 4.3 应用实例
• 4.3.1 仅含定速泵的模型求解实例
• 4.3.2 包含定速泵和调速泵的模型求解实例
• 4.4 本章小结
• 第5章 供水调度决策多目标评估体系
• 5.1 模糊数学基础
• 5.1.1 模糊集
• 5.1.2 模糊评估矩阵
• 5.1.3 权重模糊集
• 5.1.4 单级模糊评估
• 5.1.5 多级综合评估
• 5.2 调度决策模糊评估方法
• 5.2.1 水力性能评估
• 5.2.2 水质性能评估
• 5.2.3 供水费用评估
• 5.2.4 模糊综合评估
• 5.3 应用实例一
• 5.3.1 节点压力分级评价
• 5.3.2 节点压力波动分级评价
• 5.3.3 节点水龄分级评价
• 5.3.4 管段流速分级评价
• 5.3.5 供水费用分级评价
• 5.3.6 多目标综合评价
• 5.4 应用实例二
• 5.5 本章小结
• 第6章 供水调度决策关键实用技术研究
• 6.1 供水调度方案决策时间步长选择
• 6.2 水泵工作特性与高效组合方案分析
• 6.2.1 水泵工作特性分析
• 6.2.2 水泵高效组合方案
• 6.3 水泵操作合理性约束分析
• 6.3.1 水泵状态定义
• 6.3.2 水泵状态切换
• 6.4 管网监测点压力与泵站供水压力相关灵敏度分析
• 6.4.1 供水管网的灵敏度理论
• 6.4.2 泵站供水压力变化对管网监测点压力变化的影响度分析
• 6.5 调度决策专家知识库的建立
• 6.5.1 专家系统概述
• 6.5.2 专家知识的表达
• 6.5.3 调度决策专家知识库
• 6.6 本章小结
• 第7章 供水调度决策支持系统软件开发与应用
• 7.1 功能需求分析
• 7.2 数据需求分析
• 7.2.1 静态数据
• 7.2.2 动态数据
• 7.3 软件结构设计与开发
• 7.3.1 软件结构设计
• 7.3.2 软件开发
• 7.4 软件介绍
• 7.4.1 管网动态模拟模块
• 7.4.2 用水量预测模块
• 7.4.3 离线调度决策模块
• 7.4.4 在线调度决策模块
• 7.4.5 调度决策评估模块
• 7.4.6 其它模块
• 7.5 软件应用
• 7.6 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果