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![基于fmGA的供水管網(wǎng)系統(tǒng)模型自動校核及模型應用.pdf_第1頁](https://static.zsdocx.com/FlexPaper/FileRoot/2019-3/14/18/cbf3f8ab-7f81-43df-8a09-7b8703ba0cb9/cbf3f8ab-7f81-43df-8a09-7b8703ba0cb91.gif)
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文檔簡介
1、供水管網(wǎng)是城市發(fā)展的重要基礎設施,供水管網(wǎng)數(shù)字化、信息化管理問題已經(jīng)成為當前我國社會經(jīng)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(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)中的水力、水質工況,而管網(wǎng)建模是最有效的方法。
針對管網(wǎng)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(shù)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(shù),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(shù)以及可同化有機碳(AOC)動力學參數(shù)等。改進后的實測方法使模型參數(shù)初始估計值更貼近實際。在全面掌握和分析供水管網(wǎng)水力、水質資料的基礎上,利用計算機建模技術,構建管網(wǎng)系統(tǒng)水力、水質模型,進行了管網(wǎng)模型與SCADA系統(tǒng)接口設計,實現(xiàn)了供水管網(wǎng)系
3、統(tǒng)水力、水質的動態(tài)模擬。
模型校核是供水管網(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)模型的校核精度問題,分析了目前各種管網(wǎng)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(shù)的有效分組,遺傳算法的并行化以及實測模型初始參數(shù)等。采用多目標遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)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(shù)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(wǎng)工況分析數(shù)字化平臺,并用于指導城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃和安全供水的實踐。
在城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)安全供水的實際工程中,通過供水管網(wǎng)工況分析數(shù)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(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)工況分析數(shù)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(wǎng)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(shù)實測的基礎上,提出了估計主體水和管壁動力學系數(shù)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(shù)納入模型校核參數(shù)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(jù)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(shù)統(tǒng)一進行調整。假定余氯衰減級數(shù)和限制濃度已知,這樣自
7、動校核過程需要調整的系數(shù)只有kb和節(jié)點水質混合系數(shù)s,管壁反應系數(shù)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(tǒng)一調整,節(jié)點水質混合系數(shù)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(tǒng)中的再生長問題,目前傳統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)微生物
8、再生長模型,可直接模擬多水源管網(wǎng)系統(tǒng)中微生物的數(shù)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(wǎng)中異養(yǎng)菌的分布。
根據(jù)國際水協(xié)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(wǎng)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(wǎng)中
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