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供水管网余氯优化控制决策支持系统研究

作　者: 马力辉
导　师: 刘遂庆
学　校: 同济大学
专　业: 市政工程
关键词: 供水管网 优化调度 余氯控制 模型校核 监测点布置
分类号: TU991.2
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


供水管网是城市的生命线工程之一，其运行管理方面的研究具有非常重要的价值和意义。传统供水管网的运行控制，主要集中在水力因素(水量和水压)的控制上，并由此建立了供水管网优化调度系统。供水管网优化调度系统是供水企业运行管理的重要工具和手段。由于供水管网水质管理是供水企业必不可少的管理内容，建立基于水力和水质控制的优化调度系统，完善现有优化调度的内容，深化对供水管网的运行控制能力，是供水企业信息化建设和发展的必然趋势和迫切要求。余氯优化控制系统作为供水管网优化调度系统的高级发展形式，以供水管网余氯为控制对象，以管网的水质模型为决策评价基础，以水质监测网为数据来源，以余氯控制决策为分析中枢，以调度执行设施为控制实现手段，从而达到供水管网水质科学管理和控制的目的。余氯优化控制决策支持系统以多种模型、实时和历史数据、专家经验和方案结果等为基础，为决策者提供各类决策支持。本文研究目的是：在基于水力控制的优化调度系统基础上，增加余氯优化控制的内容，建立余氯优化控制决策支持系统，控制加氯的安全性和经济性，扩展和补充水力优化调度系统的水质安全保障条件。本文主要进行了如下研究：(1)余氯优化控制决策支持系统与水力优化调度决策支持系统的整合框架与流程设计。分析供水管网余氯控制概念和方式、供水管网优化调度的基本理论和调度实践、余氯优化控制与优化调度的关系、余氯优化控制决策支持系统等内容。在以上研究的基础上，设计了余氯优化控制决策支持系统的整合方案和流程。(2)研究建立适合大规模供水管网实际应用的余氯模型，包括：1)对供水管网主体水衰减系数数学模型进行研究。研究氯消毒机理及其影响因素，对供水管网水质模型进行实验设计，通过实验室实测获得相应的研究数据，对所获数据进行分析，获得可实际应用的供水管网主体水衰减系数数学模型。2)对供水管网管壁反应系数进行校核研究。实现大规模供水管网的管壁反应系数校核方法研究，实验应用宏观模型和微观模型相结合的方法，加快水质模型的校核，缩短水质校核时间。为提高拟合精度，研究应用聚类分析方法对管壁反应系数进行分组。(3)为余氯优化控制决策建立更加可靠的数据支持，对供水管网水质监测点优化布置进行深入的研究。对监测点优化布置时，同时考虑灾害预警与常规监测进行研究，即将日常水质监测与污染灾害预防两个目标统一起来，研究常规监测意义下的管网污染灾害预警监控，提高水质监测点利用率。(4)对余氯优化控制决策数学模型进行研究。对余氯优化控制的决策过程、目标函数、约束条件等内容进行研究。分析当今研究热点——二次加氯特点，将其整合到余氯优化控制决策支持系统中。(5)余氯优化控制决策支持系统的决策应用。基于以上研究建立的微观水质模型和水力水质数据，建立宏观余氯模型，应用宏观模型与微观模型相结合的优化思想，实现供水管网余氯优化控制决策支持系统的决策支持。本文完成了如下创新成果：(1)基于“宏观优化，微观验证”的优化思想，完善供水管网优化调度基本理论体系，提出供水管网水力和水质优化控制系统的整合方案。提出余氯优化控制决策模型的决策控制目标、决策对象、解决方案，解决余氯优化控制决策支持系统的关键问题。(2)建立供水管网余氯衰减模型中主体水反应系数数学模型，为主体水衰减系数随外界条件变化进行优化调整建立依据，为管壁反应系数的校核提供更加准确的基准值。(3)针对大规模水质模型校核，提出应用宏观和微观模型相结合的优化思想，设计组合优化算法CORS-RBF-GA算法，实现供水管网水质模型中管壁反应系数的快速高效校核。(4)提出更加科学合理的水质监测点优化布置方法，将基于灾害污染预警为目的和基于常规监测为目的的优化布置方法相结合，使仅考虑小概率污染事件监测点布置包含常规监测的内容，从而提升水质监测设备的利用率，为余氯优化控制决策支持系统提供更可靠数据。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-15
第1章 绪论  15-34
  1.1 引言  15-16
  1.2 研究课题的提出  16-17
  1.3 国内外供水管网水质优化控制理论研究进展  17-30
    1.3.1 水质模拟研究进展  17-26
    1.3.2 水质监测点优化布置研究进展  26-28
    1.3.3 水质优化控制研究进展  28
    1.3.4 存在的问题  28-30
  1.4 研究内容及创新点  30-34
    1.4.1 研究目的  30
    1.4.2 研究内容  30-31
    1.4.3 研究创新  31-32
    1.4.4 论文结构  32-34
第2章 余氯优化控制决策支持系统的基本理论  34-46
  2.1 余氯控制概念及方式  34-37
    2.1.1 供水管网余氯简介  34
    2.1.2 余氯控制概念及方式  34-37
  2.2 供水管网优化调度理论与实践  37-39
    2.2.1 供水管网优化调度理论基础  37-38
    2.2.2 供水管网优化调度实践  38-39
  2.3 余氯优化控制决策支持系统  39-41
    2.3.1 余氯优化控制与供水管网优化调度关系  39-40
    2.3.2 余氯优化控制决策支持系统  40-41
  2.4 余氯优化控制决策支持系统框架设计  41-45
    2.4.1 宏观与微观模型相结合的优化思想  41-42
    2.4.2 余氯优化控制决策系统的整合方案设计  42-43
    2.4.3 水力水质综合优化调度流程  43-45
  2.5 本章小结  45-46
第3章 余氯模型中主体水反应系数数学模型  46-66
  3.1 余氯优化控制决策支持系统模型基础  46-51
    3.1.1 微观水质模型反应方程式  46-48
    3.1.2 微观水质模型计算方法  48-50
    3.1.3 微观水质模型校核体系  50-51
  3.2 氯消毒及其影响分析  51-53
  3.3 实验设计简介  53-54
  3.4 实验分析  54-65
    3.4.1 实验数据  54-58
    3.4.2 常规衰减分析  58
    3.4.3 温度影响分析  58-59
    3.4.4 初始浓度影响分析  59
    3.4.5 TOC影响分析  59
    3.4.6 pH影响分析  59-64
    3.4.7 综合公式  64-65
  3.5 本章小结  65-66
第4章 余氯模型中管壁反应系数校正  66-94
  4.1 算法基础  66-77
    4.1.1 元模型与神经网络基础  66-71
    4.1.2 CORS算法基础  71-74
    4.1.3 简单遗传算法基础  74-76
    4.1.4 聚类分析基础  76-77
  4.2 CORS-RBF-GA算法  77-82
  4.3 实例研究  82-90
    4.3.1 两系数组合分析  83
    4.3.2 大规模管网研究  83-90
  4.4 分析  90-93
    4.4.1 算法分析  90-91
    4.4.2 存在问题  91-93
  4.5 本章小结  93-94
第5章 供水管网水质监测点优化布置  94-117
  5.1 监测点优化布置模型  94-98
    5.1.1 问题描述  94-95
    5.1.2 解决方案  95
    5.1.3 目标函数  95-97
    5.1.4 约束条件  97-98
    5.1.5 各类假设  98
  5.2 求解方法  98-103
    5.2.1 算法实现  98-100
    5.2.2 NSGA-Ⅱ多目标优化  100-103
  5.3 小规模管网实例研究  103-111
    5.3.1 小规模管网简介及参数选择  103-105
    5.3.2 不同监测点数目比较  105-108
    5.3.3 不同污染历时比较  108
    5.3.4 单污染源与多污染源比较  108-109
    5.3.5 综合水质监测点布置比较  109-111
  5.4 大规模管网实例研究  111-115
  5.5 本章小结  115-117
第6章 余氯优化控制决策模型  117-133
  6.1 水力优化调度决策模型  117-121
    6.1.1 水力调度优化目标函数  117-118
    6.1.2 约束条件  118-121
  6.2 余氯优化控制决策模型比选  121-123
    6.2.1 余氯优化控制目标  121-122
    6.2.2 决策模型比较  122-123
  6.3 二次加氯问题  123-127
    6.3.1 概述  123-124
    6.3.2 优化选址数学模型  124-126
    6.3.3 模型比较  126-127
  6.4 余氯优化控制决策模型  127-132
    6.4.1 余氯优化控制决策模型确定  127-129
    6.4.2 模型求解算法  129-132
  6.5 本章小结  132-133
第7章 余氯优化控制决策支持系统应用研究  133-146
  7.1 软件设计概述  133-134
  7.2 宏观余氯模型建模  134-138
  7.3 控制决策  138-145
    7.3.1 水力优化调度决策  138-139
    7.3.2 余氯优化控制决策  139-145
  7.4 本章小结  145-146
第8章 结论与展望  146-148
  8.1 结论  146-147
  8.2 展望  147-148
致谢  148-149
参考文献  149-162
个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果  162

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 给水工程（上水道工程） > 净水工程（给水处理）
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