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供水管网改造优化研究

作　者: 王昊
导　师: 赵新华
学　校: 天津大学
专　业: 环境工程
关键词: 供水管网改造管网模型优化计算模拟退火算法蚁群算法
分类号: TU991.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 174次
引　用: 5次
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内容摘要

城镇供水管网是城市基础设施的重要组成部分,在保障人民生活和城市发展当中有举足轻重的作用,供水管网投资费用高,能源消耗大,还直接影响整个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,通过管网模型和管网优化的手段,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,而且还可提高整个供水系统运行的可靠性,具有重要的现实意义。本文以我国北方某开发区为研究区域,结合该区域面临的供水管网改造,对有关管网改造优化问题进行了系统研究。首先,本文在对研究区域管网进行充分调研的基础上,建立了该区域管网的动态微观模型,并使用24小时管网压力监测数据进行校验,结果表明该模型能够反映实际管网。通过使用该模型对现状管网进行工况模拟,分析现状管网的特性,并结合该区域的用水量预测,对管网改造需求进行分析,确定管网改造范围。随后,本文结合管网改造的技术经济性,对管网改造问题进行分析,确定了以供水管网各管段管径为自由变量,基于管网改造工程费用的目标函数,并以管网水量、水压以及管道材料规格作为约束条件。分别使用模拟退火算法和蚁群算法思想对管网改造优化问题进行算法设计和求解。其中在模拟退火算法的设计过程中,使用当前运行状况干预新解的生成过程,使得优化计算收敛加快。最后,本文对管网改造方案分别进行工况模拟,改造方案一方面能够满足研究区域的供水规划要求,另一方面管网水力性能有所提升,管网可靠性也无明显降低。结合优化结果对两种优化算法进行讨论,鉴于管网优化问题对解的优劣性更为敏感的特点,以及两种算法求解机制,模拟退火算法更适合于求解管网优化问题。加之本文依据管网优化问题对算法进行了改进,降低了求解过程的盲目性,提高了该算法的时间效率,使得该算法更具优势。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研究背景与意义  9-11
    1.1.1 城镇供水管网改造研究的内容及重要性  9
    1.1.2 供水管网优化设计思想  9
    1.1.3 我国城镇供水管网现状及存在问题  9-11
  1.2 国内外研究概况  11-13
    1.2.1 供水管网优化布置研究  11-12
    1.2.2 供水管网管径优化设计研究  12-13
  1.3 本文主要研究目的与内容  13-16
    1.3.1 本文研究目的  13
    1.3.2 本文研究内容  13-14
    1.3.3 主要研究方法与技术路线  14-16
第二章管网动态微观模型的建立  16-30
  2.1 管网现状数据收集  16-23
    2.1.1 管网基础资料  16-18
    2.1.2 管网结构数据库的建立  18-20
    2.1.3 管网用水量变化规律  20-22
    2.1.4 管网24 小时用水量规律确定  22-23
  2.2 管网计算模型的建立与校准  23-28
    2.2.1 管网水力分析平台  23-25
    2.2.2 管网延时工况模拟  25-27
    2.2.3 管网计算模型校验  27-28
  2.3 本章小结  28-30
第三章管网工况模拟与改造需求分析  30-40
  3.1 现状管网工况模拟与评价  30-34
    3.1.1 现状管网最高时用水量工况模拟  30
    3.1.2 现状管网事故工况模拟  30-31
    3.1.3 现状管网综合评价  31-34
  3.2 管网改造需求分析  34-36
    3.2.1 研究区域规划用水量  35-36
    3.2.2 管网改造需求分析  36
  3.3 管网改造范围的确定  36-39
    3.3.1 新增干管  36-38
    3.3.2 管段管径调整  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章管网改造优化计算  40-57
  4.1 模拟退火优化算法简介  40-43
    4.1.1 模拟退火算法的提出与发展  40-41
    4.1.2 模拟退火算法的原理与实现——以TSP 为例  41-43
  4.2 蚁群优化算法简介  43-46
    4.2.1 蚁群算法的提出与发展  43-44
    4.2.2 蚁群算法的原理与实现——以TSP 为例  44-46
  4.3 管网改造优化的数学模型  46-49
  4.4 基于模拟退火算法的管网改造方案  49-53
    4.4.1 算法设计  49-51
    4.4.2 优化过程与结果  51-53
  4.5 基于蚁群算法的管网改造方案  53-56
    4.5.1 算法设计  53-55
    4.5.2 优化过程与结果  55-56
  4.6 本章小结  56-57
第五章管网改造方案评价  57-66
  5.1 管网改造方案工况模拟  57-59
    5.1.1 改造方案最高时用水量工况模拟  57-58
    5.1.2 改造方案事故工况模拟  58-59
  5.2 管网改造方案综合分析  59-63
    5.2.1 管网运行的经济性  59-60
    5.2.2 管网输配水能力  60
    5.2.3 节点水压分布合理性  60-62
    5.2.4 管网运行可靠性分析  62-63
  5.3 方案比较  63-64
  5.4 本章小结  64-66
第六章结论与建议  66-69
  6.1 结论  66-68
  6.2 建议  68-69
参考文献  69-73
附录  73-80
发表论文和参加科研情况说明  80-81
致谢  81

供水管网改造优化研究

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