城市供水系统分区及管网优化研究——以蔡家坡经开区为例

摘要

给水管网的优化研究是给水系统的一项重要课题,目的是能在有限的资金投入下保证可靠性(包括水量、水压、水质)的最大化。本文结合蔡家坡经开区给水工程规划实例,深入探讨,研究出更加经济、高效、合理的给水管网系统,对实现给水管网的优化设计具有重要意义。
　　本文首先对规划区域内需水量进行预测,提出几种常用的水量预测模型,通过实际模拟计算,对比分析得出灰色模型中的GM(1,1)模型和VERHULST模型对蔡家坡经开区的需水量预测是合理可行的。
　　然后,在传统的分区给水系统的基础上提出区块化理论,总结了常用的一些分区依据和方法,分析区块化管网的利弊。基于分区理论对蔡家坡经开区进行分区规划设计,共分为5个片区。对分区前后的水压和水龄进行模拟计算,计算数据表明,区块化管网可均衡水压,减小水龄,改善水质,降低管网的漏失率。
　　接着,分别从给水管网的经济费用、可靠程度和水质安全性出发,建立多个以水力条件和规范要求作为约束的目标函数,给出供水管网优化的多目标模型。通过分析多目标优化问题的特点,提出采用非劣优选遗传算法(NSGA)求解给水管网的多目标优化问题,通过编码、初始化种群、适应度赋值、遗传操作(选择、交叉和变异)和终止条件等的一系列步骤,形成了NSGA算法优化管网多目标模型的操作流程。
　　最后,鉴于NSGA多目标遗传算法的庞大复杂和难以广泛使用,提出用一种新型模拟软件EPANET对蔡家坡经开区供水管网进行水力计算,通过实例计算得出,无论从管网的可靠性方面还是经济指标,EPANET结果都优于传统水力计算方法,起到优化作用。

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第一章 绪论

1.1给水管网优化研究的背景和意义

1.2给水管网优化的国内外研究动态

1.3论文研究内容

第二章 需水量预测

2.1城市需水量预测概述

2.2城市需水量预测模型

2.3实例分析验证

2.4本章小结

第三章 给水管网分区优化

3.1分区给水系统概述

3.2区块化理论

3.3蔡家坡经开区给水管网分区设计

3.4本章小结

第四章 给水管网优化模型

4.1给水管网优化条件

4.2给水管网经济费用目标函数

4.3给水管网可靠度目标函数

4.4给水管网水质目标函数

4.5管网优化模型约束条件

4.6给水管网优化模型的确定

4.7本章小结

第五章 多目标优化模型求解

5.1多目标优化理论

5.2多目标遗传算法

5.3NSGA算法用于给水管网多目标优化

5.4给水管网多目标优化模型求解

5.5本章小结

第六章 供水管网实例计算分析

6.1 EPANET简介

6.2工程概况

6.3参数确定

6.4计算结果

6.5本章小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢