城市供水管网系统爆管事故状态下的优化调度研究

摘要

近年来我国在城市供水管理与管网优化研究方面已取得长足的进步，但与发达国家相比，在供水管网事故状态下的管理与优化调度的研究则处于比较落后的状态。针对这种情况，本文以哈尔滨市开发区供水管网为例，应用数学建模与最优化理论，在总结分析国内外研究成果的基础上，对城市供水管网爆管事故状态下的运行调度所涉及到的几个关键问题进行了系统研究，力求供水管网系统在事故时的调度决策正确、运行优化，以最大限度的降低事故的影响范围和程度。
　　针对城市供水管网时变性和周期性的特点，利用供水管网的拓扑关系和集合论原理，提出了一种确定供水分界线的方法；利用 MAPGIS强大的网格划分功能和数值分析中的内插法，确定了供水管网等水压线图的绘制方法；利用数理统计中聚类分析的方法，得到了一种确定不同事故状态下供水管网压力监测点的方法。
　　通过对两种图论基本搜索算法的比较，确定了供水管网系统爆管事故状态下的关阀搜索方法——深度优先算法，进而在 MAPGIS平台下建立了管网事故状态下的关阀搜索模块，实现了管网单事故点和多事故点的关阀搜索。通过对供水管网系统事故状态下的用水量特点和水泵的水力特性的分析，建立了以事故时段内泵站的运行能耗最少为目标的泵站优化调度数学模型，并利用水泵的水力特性对其进行了简化。在数学模型的求解上，本文尝试采用0-1完全枚举法和既约梯度法相结合的混合算法，研究结果表明该算法具有较高的精度和较快的搜索速度。
　　对哈尔滨市开发区供水管网系统爆管事故状态下的仿真模拟结果表明，本研究所建立的泵站优化调度模型与MAPGIS地理信息系统相结合能够有效的提高供水企业应对事故的能力。

目录

城市供水管网系统爆管事故状态下的优化调度研究

STUDY ON OPTIMAL OPERATION OFURBAN WATER SUPPLY SYSTEMS INPIPE BURST BREAKDOWN STATE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外供水管网优化调度研究的现状

1.2.2 国内供水管网优化调度研究的现状

1.3 课题研究的目的和意义

1.3.1 研究的目的

1.3.2 研究的意义

1.4 课题研究的主要内容

第2章 基于MAPGISD的管网事故优化调度系统设计

2.1 MAPGIS简介

2.2 MAPGIS在供水管网中的应用

2.3 基于MAPGIS下城市供水管网信息管理系统总体设计

2.3.1 系统设计目标

2.3.2 系统总体逻辑设计

2.4 城市供水管网事故状态下的优化调度系统设计

2.4.1 供水管网事故状态下的优化调度系统组成

2.4.2 供水管网事故状态下的用水量计算

2.4.3 供水管网事故状态下的水力分析

2.4.4 供水管网事故状态下的优化调度

2.4.5 供水管网事故状态下的调度流程

2.5 本章小结

第3章 供水管网的水力模拟

3.1 供水管网微观数学模型

3.1.1 供水管网的恒定流方程

3.1.2 供水管网的水力计算

3.2 供水分界线及等水压线的动态模拟

3.3 等水压线的绘制

3.4 供水管网压力监测点的优化布置

3.4.1 影响系数

3.4.2 水量影响矩阵的模糊聚类化

3.4.3 压力监测点位置的确定

3.5 供水管网的水力模拟实例

3.6 本章小结

第4章 供水管网系统事故状态下的优化调度

4.1 供水管网事故状态下的阀门优化调度

4.1.1 关阀调度设计思想

4.1.2 图的搜索算法

4.1.3 管网单点事故状态下的关阀搜索方法

4.1.4 管网多点事故状态下的关阀搜索方法

4.2 管网事故状态下的用水量计算

4.2.1 事故状态下管网总用水量的计算

4.2.2 事故状态下管网节点用水量的计算

4.3 供水管网事故状态下的泵站优化调度模型

4.3.1 水泵与泵站水力特性

4.3.2 管网事故状态下的调度目标函数

4.3.3 管网事故状态下的调度约束条件

4.3.4 管网事故状态下的优化调度数学模型

4.4 管网事故状态下优化调度模型的求解

4.4.1 优化算法的选择

4.4.2 目标函数minf2的求解步骤

4.5 本章小结

第5章 事故优化调度模型的仿真应用

5.1 哈尔滨开发区供水管网基础资料

5.2 事故状态下的阀门调度

5.3 事故状态下的用水量计算

5.3.1 事故状态下的管网总用水量的计算

5.3.2 事故状态下节点用水量的计算

5.4 事故状态下压力监测点的确定

5.5 事故状态下的优化调度

5.5.1 一级优化调度

5.5.2 二级优化调度

5.6 供水管网正常状态和事故优化后的水力仿真模拟

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

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哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢