城市輸配水管網(wǎng)可靠性研究.pdf

1、輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著將自來水按質(zhì)保量的從凈水廠安全輸配給用戶的任務(wù)，其可靠性研究對于保證城市供水安全性、可靠性及服務(wù)水平有積極而又重要的意義。本文在總結(jié)分析國內(nèi)外管網(wǎng)可靠性研究成果的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)工程、圖論和優(yōu)化算法理論，綜合考慮影響可靠性的各種因素和不確定性來源，深入地研究了管網(wǎng)可靠性的評估方法及其在管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用，為管網(wǎng)的設(shè)計及運行提供了理論依據(jù)和決策支持。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴根據(jù)管網(wǎng)水

2、力學(xué)基礎(chǔ)理論，利用節(jié)點實際可利用流量與壓力之間的關(guān)系式，基于EPANET水力計算引擎，提出了一種用于事故狀態(tài)下的管網(wǎng)水力分析的方法。為了對事故狀態(tài)下的管網(wǎng)進行拓撲結(jié)構(gòu)分析，基于圖論中的深度優(yōu)先搜索算法，提出了一套新的關(guān)閥搜索和事故影響區(qū)域判定的算法，為探索閥門對可靠性的影響奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。
　　 ⑵針對現(xiàn)有研究中普遍存在的忽視閥門數(shù)量和泵站適應(yīng)性控制等影響因素的問題，從復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)理論出發(fā)，考慮到影響系統(tǒng)可靠性的各

3、種因素和不確定性來源，分別建立了基于最小割集法和蒙特卡羅法的管網(wǎng)可靠度計算模型，并將其用于中型管網(wǎng)的可靠性評估。算例的結(jié)果證實了閥門數(shù)量和泵站適應(yīng)性控制對于可靠性有顯著影響。
　　 ⑶以流量熵作為水在管網(wǎng)流動不確定性的度量，間接表征系統(tǒng)的可靠性，建立了管網(wǎng)可靠性熵值代理模型；從能量角度出發(fā)，將系統(tǒng)克服或消減事故造成影響的能力量化為可恢復(fù)性指數(shù)，建立可恢復(fù)性指數(shù)代理模型。將兩種模型應(yīng)用于算例管網(wǎng)的可靠性分析中，結(jié)果驗證了流量熵、可

4、恢復(fù)性指數(shù)兩種代理指標(biāo)與系統(tǒng)可靠性存在正相關(guān)關(guān)系，同時也證明了兩種代理模型的高效性和易用性。
　　 ⑷將管徑和閥門的位置作為決策變量，建立了以管網(wǎng)投資和運行費用最小、系統(tǒng)可靠度最大為目標(biāo)的管網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計模型。通過引入Pareto外部檔案存儲策略并借鑒NSGA-II的非劣和擁擠距離排序方法，將單目標(biāo)的混合蛙跳算法擴展至多目標(biāo)，并應(yīng)用于管網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計模型的求解。通過中國北方某開發(fā)區(qū)管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用實例，證明了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計