基于fmGA的供水管網系統模型自動校核及模型應用.pdf

1、供水管網是城市發(fā)展的重要基礎設施，供水管網數字化、信息化管理問題已經成為當前我國社會經濟可持續(xù)發(fā)展的突出問題之一。中國供水行業(yè)制訂的《城市供水行業(yè)2010年技術進步發(fā)展規(guī)劃及2020年遠景目標》中，對供水管網系統總的要求是：安全供水，提高供水水質。為了保障城市供水管網系統的供水安全，特別是保障飲用水的水質安全，必須更好的全面了解供水管網中的水力、水質工況，而管網建模是最有效的方法。
　　針對管網建?；A資料準確性的不足，本研究動用

2、大量人力物力對模型基礎資料和關鍵參數進行了大量的實測工作并改進了測試方法，實測內容包括管道、閥門阻力系數，大用戶用水量變化規(guī)律（用水模式），水泵特性曲線，關鍵節(jié)點高程實測，主體水余氯衰減和管壁衰減系數以及可同化有機碳（AOC）動力學參數等。改進后的實測方法使模型參數初始估計值更貼近實際。在全面掌握和分析供水管網水力、水質資料的基礎上，利用計算機建模技術，構建管網系統水力、水質模型，進行了管網模型與SCADA系統接口設計，實現了供水管網系

3、統水力、水質的動態(tài)模擬。
　　模型校核是供水管網系統模擬的技術核心，采用優(yōu)化算法的模型自動校核是目前研究的前沿和未來的發(fā)展方向。本文探討了不同用途管網模型的校核精度問題，分析了目前各種管網模型校核方法存在的主要問題，即不確定性問題和大模型校核時間過長問題，并提出了相應的對策，即大模型參數的有效分組，遺傳算法的并行化以及實測模型初始參數等。采用多目標遺傳算法和神經網絡結合進行了監(jiān)測點的優(yōu)化布置研究，采用一次二階矩（FOSM）方法對模

4、型校核參數的不確定性問題進行了分析；采用快速混亂遺傳算法（fmGA）進行了模型自動校核的實例分析，得出目前模型校核應以手動校核為主，自動校核為輔的結論。在校核后模型精度滿足要求的基礎上，建立了供水管網工況分析數字化平臺，并用于指導城市供水管網系統規(guī)劃和安全供水的實踐。
　　在城市供水管網系統安全供水的實際工程中，通過供水管網工況分析數字化平臺可對各水源的不同供水量工況進行計算，可分別給出各種工況下供水管網系統中關鍵閥門開啟度、管段

5、負荷圖、自由水壓等值線圖、各水源供水區(qū)域分布圖。在供水管網工況分析數字化平臺的基礎上，采用灰色模型進行了中長期用水哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文
　　量預測，提出多個安全供水方案和幾個方案比較指標，對M市在水源變更下的供水規(guī)劃安全供水項目進行了多時段、多工況和多方案的分析，得出方案3為較優(yōu)的水源變更方案。
　　供水管網水質安全受到越來越密切的關注，在水力模型和動力學參數實測的基礎上，提出了估計主體水和管壁動力學系數kb和kw

6、初始值的具體方法，改進了交叉節(jié)點的水質混合計算方法，實驗和模擬結果表明改進后的節(jié)點水質混合方式更貼近實際；探討了不同類型水質模型的校核精度和校核方法問題，提出將交叉節(jié)點的水質混合調整系數納入模型校核參數優(yōu)化的范圍，并建議水質模型校核分兩步走的技術步驟。
　　以多水源余氯模型為例，自動校核過程中，根據水力模擬確定各水源供水區(qū)域，在各自的供水區(qū)域內假定kb是相同的，各設置一個調整系數統一進行調整。假定余氯衰減級數和限制濃度已知，這樣自

7、動校核過程需要調整的系數只有kb和節(jié)點水質混合系數s，管壁反應系數wk通過調整C值間接調整。kb按各水源供水區(qū)域分成兩組統一調整，節(jié)點水質混合系數s的調整范圍也不大，極大的降低了計算強度，節(jié)約了自動校核的計算時間。
　　細菌在配水系統中的再生長問題，目前傳統的單物質水質模型無法對其進行定量研究，且不適合多水源供水系統的水質模擬，本文采用直接和間接兩種方式模擬細菌在配水系統中的再生長。首先采用多物質反應水質模擬方法，建立了管網微生物

8、再生長模型，可直接模擬多水源管網系統中微生物的數量以及更好的模擬余氯的衰減；其次在采用單物質反應模型模擬AOC濃度變化的基礎上間接模擬管網中異養(yǎng)菌的分布。
　　根據國際水協會（IWA）的風險評估報告，飲用水中微生物對人體的風險是最高的，其中占很大比例的是異養(yǎng)菌。本文引入效率因子的概念，在簡單反應器的基礎上進行理論探討和影響因素分析，提出幾個假設條件，分別對實際管網中主體水和管壁反應的AOC動力學進行研究，并提出了AOC在實際管網中