供水管网的智能优化改扩建

论文摘要

城市供水管网是城市基础设施的重要组成部分，在保障人民生活和经济发展中起了举足轻重的作用，供水管网投资费用高、能源消耗大，还直接影响供水系统的性能及可靠性，是供水系统优化的重点。近年来我国对供水系统改造的工程投入逐渐增大，通过管网建模、管网优化的手段，对供水管网改造进行科学的规划、设计，不仅可以节省大量的资金投入，而且还可以提高整个供水系统运行的可靠性，具有重要的意义。依托国家重大水专项课题“黄河下游城市供水管网水质保障技术研究与示范”展开城市供水管网的优化改扩建技术研究，以该市中试区为研究区域，结合该区域面临的供水管网改造需求，对该市管网改造优化问题进行了系统研究。在对研究区域管网进行充分调研的基础上，基于EPANET建立该区域管网的动态微观模型，通过对现状管网最大时和事故时工况的模拟，对管网改造需求进行分析，确定改造范围，需要改造的管段有22条。结合管网改造的技术现状，采用遗传算法的智能优化技术，以管网年费用折算值为目标函数，以改造范围内管段的管径作为寻优变量，以管径取值范围作为约束条件，利用matlab平台寻求改造管段的管径优化组合。确定了需要改造的22条管段的10组管径优化组合。利用EPANET分别对10组管径优化组合进行模拟计算，通过技术经济比较确定管径的最优组合，进而确定改造方案。通过对管网改造方案最大时和事故时工况的模拟及综合评价可知：管网的改造方案不仅能够满足研究区域的供水需求，并且对于远期规划具有较大潜力，在技术经济方面存在合理性，管网的可靠性得到进一步提高，评价结果显示了改造方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外优化设计研究
• 1.3.2 国内优化设计研究
• 1.3 存在的问题及不足
• 1.4 主要研究目的、内容和方法
• 第2章 智能优化技术
• 2.1 最优化方法简介
• 2.2 最优化设计模型
• 2.3 智能遗传优化算法
• 2.3.1 遗传算法的原理及在供水系统中的应用
• 2.3.2 遗传算法的实现
• 2.3.3 约束条件的处理
• 2.4 本章小结
• 第3章 供水管网水力模型的建立
• 3.1 宏观水力模型
• 3.2 简化模型
• 3.3 微观水力模型
• 3.3.1 微观模型简介
• 3.3.2 微观模型的优缺点
• 3.4 研究区域微观水力模型的建立
• 3.4.1 研究区域简介
• 3.4.2 管网拓扑结构
• 3.4.3 管网水源及加压站
• 3.4.4 现场测试
• 3.4.6 确定管道阻力计算公式
• 3.4.7 节点流量的确定
• 3.5 给水管网模型校核
• 3.5.1 校核方法
• 3.5.2 测压点现状
• 3.6 基于 EPANET 管网模型的建立
• 3.6.1 EPANET 在供水管网建模中的使用方法
• 3.7 本章小结
• 第4章 管网模拟及改扩建分析
• 4.1 现状管网工况模拟与评价
• 4.1.1 现状管网最高日最大时工况模拟
• 4.1.2 管网事故时工况模拟
• 4.1.3 现状管网综合评价
• 4.2 管网改造需求分析
• 4.3 改造范围的确定
• 4.4 本章小结
• 第5章 实例计算及改扩建评价
• 5.1 供水管网优化改扩建的计算模型
• 5.1.1 优化改扩建的目标函数
• 5.1.2 造价公式中 a、b、α系数的确定
• 5.1.3 实例计算及软件实现
• 5.2 管网改造方案工况模拟
• 5.2.1 改造后管网最大时工况模拟
• 5.2.2 改造后管网事故时工况模拟
• 5.3 改造方案管网的综合评价
• 5.3.1 技术经济合理性分析
• 5.3.2 节点水压分布合理性
• 5.3.3 管网运行可靠性分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢