导　　师： 王琦; 温智慧

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 供水管网系统是城镇建设和发展的重要基础设施。随着城镇规模的不断增大和用水人数的不断增多,管网系统也在不断发展和扩大,这给管网的运行和管理带来了许多挑战。如管网布局是否合理、能否有效控制管网漏损等。为了提高供水管网的运行和管理水平,英国首先提出了独立计量分区(District Metered Area,DMA)的管理模式。供水管网系统的DMA分区是一项比较复杂的工作,需要考虑的问题和要素比较多,如节点水压、水质要求,以及管网的消防校核和设计校核等。如果分区不当,会产生一些不利影响,如管网可靠性降低和水质恶化。为了维持或改善供水管网系统在DMA分区后的水力和水质性能,本文提出了一种基于水力和水龄信息耦合的供水管网DMA分区方法。通过对实际案例管网进行DMA分区,验证该方法能完成管网分区的同时,又能达到有效控制管网漏失的效果。首先,本文系统总结了国内外关于供水管网DMA分区的相关研究情况,包括DMA分区的基本概念、分区设计的基本步骤、分区原则和注意事项。另外,本文也梳理了DMA分区的管理方法,主要是对各区域进行流量检测,结合总分表差来分析除真实漏损外的差额水量,以此来排查管网爆管位置;或者利用最小夜间流量法,确定各区域的漏损水平,明确管网漏损控制方向。然后,本文介绍所提出的DMA分区方法,主要分为两个步骤:DMA分区边界的划分以及边界管段上阀门和水表的布置。其中,针对DMA分区边界的划分提出了一种新型的、基于节点自然邻的谱聚类算法。与传统的谱聚类算法相比,基于节点自然邻的谱聚类算法通过引入对节点自然邻(管网节点之间的连接关系)的计算,使得聚类后的节点关系更加紧凑,从而减少分区边界上的管段总数,间接降低DMA分区的投资成本。确定DMA分区的边界后,需要对边界上的管段安装阀门或者水表,以隔离各个DMA分区。这一过程利用了多目标进化算法进行优化求解。为了保证DMA分区后管网的正常运行,本文从两方面对管网性能进行优化:(1)提高DMA分区的压力均衡性;(2)降低管网的节点水龄(改善水质状况)。因此,本文以管网各DMA分区的压力标准差之和以及所有节点的平均水龄作为优化目标,构建DMA分区边界阀门水表布置点的优化模型,通过经典的第II代非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解该模型,从而获得最优的帕累托前锋。最后,本文使用Modena和Colorado Springs两个实际案例管网对提出的DMA分区方法进行验证。为方便比较DMA分区前后的管网性能,本文选取了多种分区评价指标包括节点平均压力、压力标准差、平均水龄、管网漏失量,以及对管网进行消防和事故校核。应用所提出的方法对案例管网进行DMA分区,结果表明基于水力和水龄信息耦合的分区方法可以在保障管网的水龄不增大(间接保障水质性能)的情况下有效地完成DMA分区。分区后管网的压力分布更均衡,有利于管网系统的供水稳定性。与其它DMA分区方法相比,在工程造价和保障管网性能等方面具有一定的优势。综上,本文提出的DMA分区方法对提高水务企业的供水管网管理水平,有效控制管网漏损具有一定的参考意义。更多还原

关 键 词： [6071567]供水管网 独立计量分区 [4503249]漏损控制 [2987238]谱聚类算法 [950811]遗传算法

分 类 号： [TU991.33]

领　　域： []