农村供水工程系统协同优化研究

摘要

农村供水工程是我国一项重要的民生工程，国家“十二五”期间安排了1600亿-1700亿左右的资金，来解决2.98亿农村人口和11.4万所农村学校的饮水安全问题。农村供水工程是一个复杂的系统工程，如何通过规划设计阶段的供水工程系统协同优化，使供水设施布局更合理、管网优化、水资源得以合理利用，真正发挥国家对农村供水工程投资的经济效益和社会效益，是一个值得研究的课题。
　　论文结合农村供水工程特点，通过文献和理论的梳理，将水厂地址备选方案择优，水厂管网嵌套优化和区域供水模式的系统协同优化作为供水工程系统协同优化问题的重要研究内容，课题的主要研究内容和创新性工作如下:
　　首先，针对现有选址初选方案评价方法的主观局限性，基于模糊软集改进了水厂备选地址的择优方法。根据农村供水工程的实际特点，建立影响水厂选址的属性集，包括技术属性集、环境影响属性集和社会发展性集，充分考虑坡度、海拔、水质、生态等影响因素，采用半梯形函数确定指标在不同评价集中的隶属程度，评价融合了多个评价者的评价信息从而获得综合评判，案例分析结果证实了方法的有效性。
　　其次，针对农村供水工程的特点，研究经济供水半径与水厂选址嵌套优化问题。利用集合覆盖模型确定净水厂的覆盖半径时，考虑由地形产生的水头损失对管网经济半径的影响，结合投资效益和管网优化理论对净水厂的最佳供水半径进行分析，先优化管网布局，求解经济水厂覆盖半径，实现管网优化模型与水厂选址模型的嵌套。引入费用现值最小模型，对选址问题进行二次优化，获得最佳的选址结果。管网优化模型与水厂选址模型的嵌套弥补以决策者先验经验为决策基础的不足，更具有理论性和实用性。
　　最后，研究了区域供水模式下的农村供水系统分解-协调模型和算法。对农村供水工程的递阶结构进行分析，根据分解-协调原理以区域供水系统工程建设费用现值最小为目标，构建农村区域性供水的水厂求解问题决策模型。指出系统协同优化模型实质上是在相应约束条件下寻找一个表示水源至水厂的供水量的n×m维数组和一个水厂至用水点的供水量的m×k维数组，同时确定出水源点及水厂点的位置、数量、供水范围及供水规模的组合最优化，即是在复杂约束条件下的寻找子系统最优和大系统最优的组合优化过程。采用改进微粒群算法对进行求解，实际案例分析说明改进微粒群算法对本问题的求解比传统微粒群算法具有更好的收敛性和稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 农村供水工程的整体情况

1．1．2 农村供水工程的特点

1．1．3 农村供水工程存在的问题

1．2 研究的目的和意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究意义

1．3 研究内容、方法和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

1．4 研究的创新点

第二章 文献综述

2．1 农村供水工程水厂选址研究综述

2．1．1 选址问题研究进展

2．1．2 水厂地址筛选常用评价方法

2．1．3 水厂选址常用模型比较

2．2 农村区域供水工程系统优化研究综述

2．2．1 区域供水模式研究综述

2．2．2 大系统优化理论在区域供水模式中的研究综述

2．3 优化模型的求解算法

2．4 本章小结

第三章 农村供水工程系统协同优化基本理论

3．1 农村供水工程

3．1．1 农村供水工程系统组成

3．1．2 农村供水工程规划设计内容

3．2 农村供水工程系统协同优化基本理论

3．2．1 规模经济理论

3．2．2 设施区位理论

3．2．3 大系统最优化理论

3．3 本章小结

第四章 基于模糊软集的农村供水工程水厂选址方法

4．1 农村供水工程水厂选址概述

4．1．1 农村供水水厂选址的原则

4．1．2 农村供水工程水厂选址影响因素分析

4．2 模糊软集的相关概念

4．2．1 模糊软集简介

4．2．2 模糊软集在决策中的应用

4．3 基于模糊软集农村供水工程水厂选址方法研究

4．3．1 基本步骤

4．3．2 基于模糊软集的农村水厂选址方法

4．3．3 数值分析

4．4 本章小结

第五章 农村供水工程供水半径与水厂选址嵌套优化模型研究

5．1 供水半径与水厂选址嵌套优化模型概述

5．1．1 选址嵌套优化模型简介

5．1．2 供水半径与水厂选址嵌套优化基本思路

5．2 供水半径与水厂选址嵌套优化模型构建

5．2．1 规划期内供水工程收益现值模型

5．2．2 配水管网系统进行优化设计

5．2．3 管网水力损失和投资与供水半径的函数关系拟合

5．2．4 基于最经济供水半径的水厂嵌套选址模型的构建

5．3 应用分析

5．4 本章小结

第六章 农村区域供水工程系统协同优化模型研究

6．1 区域供水工程大系统分析

6．1．1 区域供水工程系统重构

6．1．2 区域供水工程大系统分析

6．2 区域供水工程分解-协调模型构建

6．2．1 区域供水工程阶梯控制分析

6．2．2 区域供水分解-协调法方法分析

6．2．3 区域供水工程分解-协调模型

6．3 区域供水工程系统协同优化模型构建

6．3．1 区域供水工程系统协同优化的内涵

6．3．2 区域供水工程系统协同优化的途径

6．3．3 区域供水工程系统协同优化模型的构建

6．3．4 区域供水工程系统协同优化模型的分析

6．4 本章小结

第七章 农村供水工程系统协同优化模型算法研究

7．1 改进微粒群算法及其对模型的求解

7．1．1 微粒群优化算法简介

7．1．2 改进微粒群算法设计

7．2 QH市农村区域供水工程系统协同优化模型及算法

7．2．1 QH市农村地区供水现状

7．2．2 系统协同优化模型及求解算法

7．2．3 计算结果和算法性能分析

7．3 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 研究结论

8．2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢