供水管网多工况多目标优化设计理论 82页

'万方数据tllewatersupplynetworkreconstructionandoptimizationdesignmodeliscombinedw油舭wa：tersupplypumpstationpumpsoptimizationselectionmodel,thepipenetworkoptimaldesigntheoryismoreperfect·Anhprovedgeneticalgorithmbased011theintegercodinggeneticalgor他帆isusedtooptimizethenonlinearmodelwhichcanquickenthenmlngpace锄dimprovetheworkingefficiency·FinallV，thismodelisverifiedbyitsapplicationonarepresentativerecon蛐mctionandextensionofwaterdistributionnetworkoptimizationengmeenngex锄ple，usingimprovedgeneticalgorithm．ComparingtheopthnalresultstothercsultSwimme乜aditionaldesignmethod，itfuUyillustratesthatthereareimpor咖C位oretical锄dapplicationvalueofthemodelandalgorithmmenginee彻gp髓ctice．Optimizingtheselectionandschedulingofthepumpstationbasedontheoptimaldesignofwatersupplynetworkcanconformtherealityandensurethemaximumrealizationoftheoptimizationgoal．Keywerds：Thewatersupplynetwork；Themultipleoperationsandobjections；ThcoptimaldesignmodehThedesigntheoryⅢ 万方数据目录I绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1课题研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l1．2课题研究目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11．3国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。21．3．1国内外管网优化模型研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．3．2国内外管网优化模型算法研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l，4主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。42供水管网多工况多目标优化设计模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯．62．1供水管网水力计算理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。62．1．1管网水力计算的基础方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．1．2给水管网水力计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．2供水管网多工况多目标优化设计的数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．2．1管网优化设计的目标函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．2．2管网优化设计的约束条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．172．3水泵优化选型及运行调度模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．192．3．1水泵在管路中运行情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．192．3．2水泵优化选型及运行调度模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯212．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯233多工况多目标优化模型有关问题的研究⋯⋯⋯⋯⋯．243．1多目标优化函数的处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯243．1．1多目标优化的基本概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．243．1．2多目标函数的处理办法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．253．1．3拟采用多目标函数处理方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．263．2管道造价模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．2．1管材的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．27Ⅳ 万方数据目录3．2．2管道总造价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．303．2．3小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．343．3旧管网阻力系数模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯353．3．1管道阻力系数和管径随使用年限的变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．363．3．2旧管道阻力系数的实测数值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．363．3．3小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．373．4多工况设计的选择(＆的确定)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯383．5优化模型中四个决定因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯393．5．1可靠性与经济性之间的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．403．5．2安全性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．403．5．3四个决定因素与管径的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．413．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414多工况多目标优化模型的优化算法⋯⋯⋯．．．．．⋯．．．434．1遗传算法的介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯434．1．1遗传算法的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．434．1．2遗传算法的原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．434．2基于整数编码的改进遗传算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．2．1参数编码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．444．2．2初始群体设定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．454．2．3适应度函数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．45禾2．4遗传操作设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．474．2．5控制参数设定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．484．2．6约束条件的处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．494．2．7算法的终止条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．504．2．8改进遗传算法的设计步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．504．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯515案例分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53V 万方数据目录5．1工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535．2供水管网优化设计的参数处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯545．2．1供水管网的基本情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。545．2．2供水管网多工况多目标优化设计模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。555．2．3约束条件的相关参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯565．2．4遗传操作算子及遗传参数的选定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯575．3供水管网优化设计结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一575．3．1对两种模型进行管网优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．575．3．2优化设计结果校核⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．585．3．3结果对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．595．4水泵优化选型及运行调度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．605．4．1现有水泵运行工况校核⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．605：4．1水泵优化选型节能改造方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6l5．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯626结论与展望⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯636．1结j沦⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯636．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯63参考文献⋯⋯⋯．⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯65附录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．69个人简历⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．75致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．76VI 万方数据插图清单插周清单图2．1解环方程法计算流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8图2．2解管段法的计算流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9图2．3解节点法计算流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯——⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。ll图2．4水泵扬程与管网各类水头之间的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15图2．5可靠度与费用的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17图2．6水泵特性曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．20图2．7管道性能曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．20图2．8水泵运行工况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21图2．9泵站优化选型和运行调度模型操作流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22图3．1工程建设项目投资概算图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31图3．22016年第一季度球墨铸铁管价格走势图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33图3．3用水量日变化曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。39图3．4优化模型与管径的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41图4．1遗传算法的运算流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。44图4．2遗传算法的交叉运算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．47图4．3遗传算法的变异运算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．48图4．4环状网改进遗传算法计算流程凋⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l图5．1邓州市供水管网改扩建示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。54Ⅶ 万方数据附表清单表3．1各种管材的优缺点比较表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．28表3．2供水管材的各项指标比较表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。29表3．3供水管材的生存率比较表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．29表3．4供水管材的综合单价比较表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。29表3．5球墨铸铁管的试验压力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32表3．6河南省球墨铸铁管安装定额⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。34表3．7单位长度管材造价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34表3．8球墨铸铁管管道阻力系数和管径实测数值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。36表3．9球墨铸铁管系数C实测数值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37表3．10不同工况的计算公式表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．38表5．1300S58型离心泵额定参数表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55表5．2事故工况下断开各主干管控制点所需水压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．59表5．3传统模型与改进模型优化设计费用的对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。59表5．4现有水泵在各个工况下的运行参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。61表5．5两种型号离心泵额定参数表的对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。61表5．6优化选型水泵平均工况下的运行参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。62附表1现状管网管段信息⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69附表2现状管网节点信息⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯70附表3改进模型与传统模型优选管径方案的对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7l附表4改进模型与传统模型节点水头的对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．73附表5不同工况下的节点水压计算结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．74Ⅷ 万方数据I绪论l绪论1．I课题研究背景随着城镇化进程的加快，给排水工程是己经成为城镇现代化建设的命脉之一，是人类的生命健康和科技发展的重要保斟11。作为城镇中重要的公共基础设施，供水管网是随着城镇的扩建而不断延伸发张，形成了取水系统、水处理系统、泵站、供水工程(供水管网和调节构筑物)等组成的有机供水系统【2】。而供水工程在管网建设中占有很大的比重。在实际项目中，供水管网的建设都是一次成型的，而仅仅供水管网系统的投资一般要占整个供水系统总投资的5080％左右。我国目前的给水管网已经初具规模且运行到一定的年限，一些管网老旧引起的问题，例如外壁腐蚀，内壁结构、爆管率高、二次污染等等，已经逐渐暴露出来。还有，由于城镇的扩建和老城区的拆迁必然伴随着管网的改扩建，上述问题诸方面的原刚”】使供水管网处于不断的发展中。因此，在保证安全性的前提下，如何科学地改扩建供水管网，降低管网的造价和运行动力费用的研究一直是给排水科研领域中的热点议题。管径优化组合和水泵合理选择直接决定着项目的总投资【3_4】。由于各种原因的存在，目前我国城镇的供水管网中仍存在以下伺题：设施老化；管材劣质；漏损率和爆管率较高；突发事件响应机制不完善；管理信息化程度不高。在进行改扩建供水管网的同时，务必要进行详细合理的规划。一般情况下，经过合理改扩建优化设计的管网的投资费用能减少5．10蝌5～。因此，改扩建管网的优化设计对于创建节约型社会、贯彻落实科学发展观等有重要现实指导意义。1．2课题研究目的及意义现有管网的优化设计主要是改造现有管网供水能力，经济合理地敷设新管网，协调新老管网，使新老管网在满足用户要求前提下保证可靠性，并使其费用最低，并求出一定年限内新管网建设费用、旧管网改造费用和管理运行费用 万方数据1绪论之和为最小时的管网优化组合，包括管材的选择，管径，壁厚等，以及管道敷设等等。给水管网的优化设计理论发展至今，主要考虑四方面的因素：水压、水量的保证性；水质的安全性；可靠性和经济性【81。传统的管网优化设计方案都将经济性作为目标函数进行优化。经济性主要包括管网造价费和管网运行管理费用。关于管网优化设计的模型已经相当的完备了。但是关于可靠性的模型却不是很多，多是把可靠性放在约束条件中进行定性化的考虑。尤其对于在事故校核和消防校核中的进行考虑，使发生非正常工况下，水量以及水压不低于要求，时间不超过允许的降低水压和减少水量持续的最小时间【引。管网优化设计方案中如果考虑可靠性，就必然要增加建造费用，但是也可能减少因事故发生而产生的维修费用。因此中间必然存在一个最优可靠度。目前可靠性和经济性一样己成为评价系统优劣的主要指标。但是，到目前为止，对管网系统可靠性的衡量标准仍然处于争论和疑义之中，还没有出现一个公认的可靠性模型来衡量供水系统的可靠性[9,12】。城镇供水系统是庞大而又复杂的城镇网络系统，而且随着城镇建设不断发展，管网系统复杂性也在逐步加大。当今各城镇均具有一定规模的供水管网，供水能力低、管网污染严重、管道事故率高、管理不健全等一系列问题随着运行年限的增加而逐渐暴露出来。还有水泵的布局和扬程大小和阀门的布设位置不合理以及各种过渡工况引起的水锤现象，上述诸方面的问题存在于供水管网的发展和更新中，因此，建立全面科学系统给水管网优化计算模型，完善供水管网优化设计理论，有重要的应用价值和理论指导。1．3国内外研究现状纵览所查文献，在供水管网优化设计这方面的研究，建立完善的新管网优化设计模型是比较成熟的，但是一些方面仍存在问题，例如旧管网与新管网的内部粗糙系数的不同，如何协调新旧管网间的水压和水量，保证供水的均匀性。如何将供水管网优化设计模型完善成熟，并将其逐步的运用在工程实践中，并取得了一定应用价值和工程价值方面的，是一个新的研究方向。1．3．1国内外管网优化模型研究现状目前管网优化设计中主要考虑四种模型：单工况单目标、单工况多目标、2 万方数据1绪论多工况单目标和多工况多目标。1．单工况单目标单工况单目标在传统的优化设计是最常见的。一般只考虑供水管网的经济性，而且只研究系统最高日最高时的单一设计工况。KarmeliEl9】在1968年首次提出了以管网造价以及泵站动力费之和作为管网的目标函数，标准管径和水泵扬程为变量的树状管网优化设计模型。1972年，Kallyt20】第一个提出了环状管网设计模型。1977年，Atperovits和Sh锄水1】提出了在环状管网优化设计中的设计优化的模型的两个步聚一是采用初步分配流量进行管网优化设计；二是利用目标函数对分配流量进行求导，逐步逼近最优分配流量，然后重复以上两个步骤直到得到最有结果。几年后，Lancey[22】等人总结以前的优化模型，并提出了适用于树状和环状管网的模型。单工况单目标优化设计模型的研究在管网的优化设计领域中是最成熟的。2．单目标多工况继ShamirE23】于1977年首次提出了包含多工况的性能约束下的给水管网优化模型后，王荣和、吕谋【24。25】等人经过反复改进和验证，并加入流速约束替换最小管径约束，证实了单目标多工况设计模型较之单目标单工况具有更好的可靠性和可行度。3．多且标单工况随着单目标的优化模型的逐步成熟，其缺点也逐渐暴露出来。多目标的优化设计逐渐被关注起来。由于水质安全性具有随机性且缺乏统一的定义和具体的量化指标，因此，把经济性和可靠性考虑起来的情况较多。Tanyimboth[26】第一个建立了以管网建造费用和管网信息熵为目标函数的多目标模型，但是该模型并不完善。2003年，甄bbe【27】在Tanyimboth模型的基础上，补充了配水的均匀性作为目标函数。2006年，储诚山【28】提出了可靠性的新定义——节点可靠性的加权平均值和管网恢复力作为管网系统正常工作时的可靠性定义，并与管网建造和管理费用结合作为目标函数，但是约束条件中未考虑水质，且在多目标函数的处理上运用线性加权法，把经济性和可靠性简单做了等重假设。在九年前，蒋怀德【29】提出了经济性、可靠性和配水均匀性为目标的模型。但是该模型的缺点是没有考虑到管径以及节点自由水压。3 万方数据1绪论1．3．2国内外管网优化模型算法研究现状1968年，KarmLill9]和KHly[20】先后提出以管长和泵站扬程作为目标函数的主要变量，建立了树状管网系统的线性模型。在20世纪70年代，Bhave[30l对单水源树状供水管网利用线性规划的方法进行优化。线性规划的方法对于非线性的约束条件无法直接求解，不能解决复杂管网系统的优化设计，管网可靠性问题也无法考虑在内。随后，Jacoby[31】提出了环状管网的非线性优化设计模型，随后陆续有研究学者对此加以改进和验证。非线性规划的缺点是对于变量的处理是连续性的，而标准管径是离散变量，因此结果必然设计圆整的问题，很容易出现偏差甚至得出错误的结论。近年来，在管网系统的优化设计中，一种新型的计算机搜索方法一一JollllHolland教授及其学生于20世纪70年代提出的遗传算法逐步发展起来。该算法对整价区间进行全局随机搜索，避免了局部最优的缺陷，用于解决给排水管网工程优化设计问题是非常合适的。1．4主要研究内容本文针对城镇供水管网的水力特点和优化设计存在的问题，进一步补充和完善供水管网优化设计理论。主要研究内容分为以下四个方面：(1)建立全面的给水管网优化设计模型通过引入&，构建新的可靠性目标函数和多目标函数统一处理方法，建立多工况条件下的系统费用最小、系统可靠性最高为目标函数的多工况多目标优化设计模型，与传统管网优化模型进行对比分析，阐述本模型的技术优势。(2)考虑水质和管网安全性对供水管网优化设计的影响，补充完善约束条件研究管网水锤计算与管网优化设计的关系，将水质安全性和管网水锤定量计算及防护措施列入优化设计的约束条件中。(3)完善管网优化设计理论将供水管网优化设计与泵站优化选型和节能改造相结合，作为管网优化设计模型的补充内容。研究在各种工况下管网优化设计目标的实现与水泵机组优4 万方数据1绪论化选型的匹配性。(4)合理选用管网优化设计模型的求解算法合理的算法不仅程序结构清晰，而且运行速度快，提高了工作效率。 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型2供水管网多工况多目标优化设计模型2．1供水管网水力计算理论分析管段流量与节点自由水头是供水管网中有两个最重要水力要素，他们的关系映射了供水系统的水力特性【11。管网的水力计算是管网优化设计的前提，占据着举足轻重的地位。因此，必须做好供水管网水力计算，它是管网优化设计、优化调度和管理等各种应用问题的理论基础。随着计算机技术的发展，把供水管网水力计算推到一个新阶段。进行管网水力分析，基本原理是解一系列稳态方程组。这些方程组主要是为了模拟供水管网系统的性能，需要满足下列条件：l、连续性方程；2、回路方程；3、压降方程。2．1．1管网水力计算的基础方程节点连续方程、回路方程和压降方程是管网水力的计算分析的基础方程。l、节点连续性方程∑+-qo+Q=o(2．1)式中Q——节点f的流量(L／s)；劬——节点相连接的各管段流量(L／s)。2、回路方程￡∑％一皈=o(2．2)l式中％——基环k的管段的水头损失(m)；6 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型胡r——基环k的水压差(m)。3、压降方程(水头损失方程)％=县一q=IS|f『够(2．3)压降方程即为水头损失的方程。由于管材的不同，计算公式也大不相同，如下：(1)舍维列夫公式(主要用于铸铁管和旧钢管)当v≥1．2m／s时，计算式如下：S=0．001736一d--"西，聍=2(2．4)一当v<1．2m／s时，计算式如下：s：—0—．0—0i1广481∈1+—0．68—8d2)0"3F／=22(2．5)壮丁u+—-J㈨’(2)海曾-威廉公式S=10．67C-1．85勿480，”=1．852(2．6)式(2．6)应用比较广泛。应参考实际的管材来选定公式。2．1．2给水管网水力计算方法根据自变量的不同，分为水压法、流量法。2．1．2．1流量法流量法分为解环方程的方法和解管段方程的方法两种方法。(1)解环方程法解环方程法是，设置初始的流量，通过连续多次的迭代计算微调管段的流量，从而使环闭合差为零，在整个过程中保证均满足连续性方程。哈代一克罗斯法是解环方程的一种常用的算法，因计算量少而成为手工计算的一种重要方法。解环方程法的流程图见图2．1。7 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型七=斛1图2．1解环方程法计算流程图Fig2．1Theflowchartofpowernetworkequationmethod8 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型(2)解管段方程法设置初始流量，并通过连续性方程和水头损失方程，得到结果。在大型管网中，管段数多达数百上千条，这种大型线性方程组需要借助计算机才能快速求解。解管段方程法的流程图见图2．2。扫-／r+1图2．2解管段法的计算流程图Fig2．2Theflowc：}lanofsectionmethod9 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型2．1．2．2水压法水压法主要有解节点方程的方法。解节点方程主要是设置初始节点水压，然后利用连续性方程和压降方程，求出每一节点的水压。进一步算出管段流量。该方法当前应用最广泛，也是本论文所使用的方法。解节点方程法的流程图见图2．3。10 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型k=-k+1图2．3解节点法计算流程图Fig2．3Theflowchartofthemethodofnode 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型2．2供水管网多工况多目标优化设计的数学模型随着我国城镇化和工业化的进程，我国在给水管网工程建设以及运行管理上的投入不断加大，对于现有的管网系统，通过优化设计，寻求投资最少，畿：耗最低，可靠性最强的供水管网改扩建优化设计方案，具有巨大的经济效益和社会效益。参考大量有关管网优化方面的文献，笔者发现在以往的管网优化设计模型，多以经济性为基础，仅考虑最高日最高时单一工况进行目标函数的设计，其余要求作为约束条件。优点在于目标函数比较简单直观，但是缺点在于忽略了整个寿命期中可靠性的重要作用，缺乏对全局优化的统筹考虑，如管网投资费用和节点压力之间的关系等。一方面，管网优化设计目标的最终实现与实际运行工况以及水厂水泵特性有关。另一方面，现有的管网设计缺乏管网水锤计算和防护措施，只是对管网压力在水力平差的基础上估算，可能不符合实际。因此，现有的管网优化设计理论和模型存在一些缺陷，需要改进和完善。在已有的研究基础上，考虑到现有的约束条件中可靠性目标的量化指标的模糊性和不成熟性，本文选用满足管网多工况条件的系统费用最小、系统可靠性最高为目标函数，以管网水力特性和其他有关特性为约束条件，与水泵优化选型模型相结合的多目标多工况模型。2．2．1管网优化设计的目标函数供水管网系统的年费用(W)主要包括两部分：管网的改扩建费用(呢)和泵站的运行费用(呢)两部分。表达公式为：砌：呒+％(2．7)根据文献【8】提出关于供水系统可靠性的定义，根据储城山【28】提出的节点富余水头伍)和Todini[38】提出的管网恢复力(．∞两个概念对于供水系统的可靠性∽进行计算。表达公式为：脓管阿靠性{嚣(2．8)本文建立的供水管网的数学模型为：12 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型目标函数为：IMin：wo+％lMax：管网可靠性约束条件为：(1)水力条件约束(2)满足需水量要求(3)保持合理的水压(4)其他约束条件2．z1．1目标函数之一——年费用管网改扩建费用的计算方法是将总的改扩建费用折合到改扩建期间的每一年。在计算管网韵年折算费用时，通常有两种方法：静态法和动态法。静态法是忽略货币的时间价值，直接将总费用平均分摊到每一年。这种方法的缺点是没有考虑时间因素对于整个工程的影响。而动态法通过加入银行利率，使货币的时间价值得到充分的考虑，比较满足现实情况。因此管道的建设及折旧大修费用的表达公式如下：(2．9)式中耻一管网建造的年折算值(元／年)；?I仁管网设施的总费用(元)；f_银行利率：加_搬资回收期。供水管网系统有水源，泵站，管线以及各类附属设施。管网的改扩建费用(wo)主要包含旧管线的改造、新管线的建造、水塔或水池、泵站的建造费用和大修费用。(1)管线的改扩建费用(％)(注：C主要是改造管段的造价)：彤=A1C(2．10)c=￡。％=￡，(口+6Df“)‘(2．11)(2)水塔或水池的建造费用和折旧大修费用(％)：13 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型式中％=彳：∑：：。M，(3)泵站的建造费用和折旧大修费用(呢)：彬=4∑：。M。4=吾窘器+毋％——管线部分考虑资金偿还与大修系数；(2．12)(2．13)4=吾譬若备+昱％——水塔水池部分考虑资金偿还与大修费用系数：4=吾窘导备+B％——泵站部分考虑资金偿还与大修费用系数；Ci——第i根新管段和需要改建管段的造价(元／年)jDj、‘——第i根新管段和需要改建管段的直径(聊)、长度(m)；a、b、口——管道造价公式中的系数；M，、尥——第_『水塔或水池造价(元)、第k泵站造价(元)。综上所述，管网的改扩建费用(呒)的表达公式如下：呒=W+％+形(2．14)一般管网建设费用只考虑管线，表达公式如下：呒=(黼郴)巴⋯㈣‘(2．15)管网的运行费用既主要包括泵站提升水压的动力费，管网的管理费和检修费。在本文中管网的运行费用只考虑泵站的动力费用，计算公式如下：呢=∑：：。酢级乩(2．16)Kx=85848YrD"r．(2．17)，k式中14 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型式中Q足——第k泵站供水流量(m3／s)；日足——第k泵站扬程(朋)；以——第k泵站动力费用系数；九——计算年限内供水能量不均匀系数；％——电费(元／(kW·厅))；水泵的图2．4水泵扬程与管网各类水头之间的关系Fig2．4Therelationshipbetweenthepumpheadandpipenetworkofwaterhead由上图可以可列公式表示水泵扬程如下：Hk=乙+吃一乙+∑魄(2．18)风=Z搠+也一乙——水泵净扬程(历)；日t——水泵扬程(聊)；罗鬼——只包括管网起点到控制点任一条管线上的管段(注：不同于目标函数年费用的公式中第一项管网的建造及折旧大修费用中的∑符号包括管网全部管段)(聊)。由于供水管网在实际运行中设计工况出现的时间少，大部分时间在平均工况下运行，管网的运行费用应主要考虑平均工况。水厂水泵优化选型和运行调15 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型度也是主要考虑平均运行工况，管网优化设计与水泵优化选型相结合才能保证水泵实际运行效率高，才能保证管网优化设计目标的实现，所以管网优化设计应以多工况为基础。多工况的泵站的运行费用中引入兄，k号泵站在S工况下运行流量占实际流量的比例。故泵站运行费用改良公式如下：％=85848)-"；：。∑：：。警级玩兄(2．19)’IK则管网多工况模型的目标函数之一——年费用公式：nfmW=wo+％(2．20)2．2．1．2目标函数之二——可靠性供水管两的可靠性主要分为两个方面，一方面是在正常工况下，满足用户水量水压的需求。另一方面是在事故工况下，水量与水压不低于最低限度，时间不超过降低水压和减小水量要求的最大时间。具体关系见下图。据可靠性两方面的定义，用节点富余水头【28】和管网恢复力【29】来加以衡量。首先在正常工况下，满足用户正常需要的水量和水压后，剩余的水压越小，管网的可靠性就越高。节点富余水头』。是指节点自由水头超过节点所要求的最小自由水头的水头。，。与管网可靠性负相关。本文以节点富余水头的加权平均值来衡量可靠性：‘=皆泣2。式中Q——节点水量(m3／s)；日，——节点自由水头(m、1E血——节点所要求的最低自由水头(m)。其次在事故工况下，管网剩余的能量足够抵消因为发生事故所损失的能量，满足水量和水压最低限度的要求。相对过剩能量可以保证发生故障时供水管网正常工作。管网恢复力，，即为管网中的相对过剩能量，，，与管网可靠性正相关。表达公式如下：16 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型纠一(圭)=‘夏曩Zl面=lQi(H万i-H甄im))包22，式中足，——管网中克服水头损失消耗的能量；P啦肿——满足管网总用水量和最小水头时，可以用来在管网中消耗的最大能量。综上所述，供水管网的可靠度目标函数与节点富余水头』。和管网恢复力，，的关系如图2．5所示：可靠度图2．5可靠度与费用的关系Fig2．5Therelationshipbetweenreliabilityandcost因此，管l网多工况模型的目标函数之二——司靠性公式：施：管网可靠,I工1f删Mini，2．2．2管网优化设计的约束条件供水管网优化设计同时也要应该满足以下的约束条件：(1)节点流量连续性约束∑±gp+Q=o17(2．23)(2．24) 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型(2)能量平衡约束∑％一峨=0(2．25)(3)压力约束压力约束是考虑到管网的可靠性所建立的对模型的约束条件。主要考虑两方面的因素。一是节点自由水头超过节点所要求的最小自由水头的水头，即考虑管网的最小服务水头作为节点要求最低水压。二是保证发生故障时供水管网正常工作，即考虑停泵水锤对给水管网白勺危害，首次将管网水锤计算及防护措施量化压力指标引入优化设计模型的约束指标。将给水管网优化设计与管网水锤计算相结合，首先预估最大水锤压力值，水泵扬程的1．3～1．5倍，进行管网优化设计，然后进行水锤计算和防护措施设计，将水锤计算结果引入管网优化设计约束条件再次进行管网优化设计即可。根据管网水锤计算及防护措施，将计算出韵管网系统产生的最大压力作为节点要求最高水压。红∈【‰九】(2．26)式中力，——第f节点自由水压(聊)；k——第f节点要求的最低自Eh水压<聊)；k——第f节点要求的最高自由水压(聊)。(4)流速约束”，∈k，‰】(2．27)式中u，——第_『管段的流速(m／s)第，管段的流速(m／s)；材血——第_，管段要求的最小流速(砒)；材麟——第．，管段要求的最大流速(，，幽)。(5)最小管径及标准管径约束{d∈鑫麓：?见)晓28，综上所述，给水管网多工况优化设计的模型可以表达式如下。目标函数： 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型幽形=叫将髑￡。(m03“，『+85848Z；：。∑：：。丝rlxQb巩最约束条件：蚍：管网可靠性朦∑±g{『+Qf=o∑％一峨=o魄∈k，‰】％∈k，甜螂】f西≥‰ld∈协，32⋯见)2．3水泵优化选型及运行调度模型(2．29)(2．30)由于水泵规格有限，水泵实际运行能耗水平可能与管网优化设计经济目标不一致，而且水泵实际工况点可能偏离水泵的高效运行区，因此在进行管网改扩建优化时，需要构建与供水管网伍化模型相关联的水泵优化选型和运行调度模型，通过水泵优化选型实现供水管两优化设计经济目标。2．3．1水泵在管路中运行情况水泵优化选型与运行调度就是根据管网不同运行条件和水力特性，通过水泵选型方案组合优选和调度保证水泵在高效区运行。2．3．1．1水泵实际特性曲线水泵实际工作流量和扬程往往是在某一个区间内变化的，因此，欲使水泵维持高效运行，必须使水泵特性曲线保持在高效区，即在最高效率点周围的一定范畴(不低于最高效率的10％)。水泵的特性曲线见图2．6。19 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型图2．6水泵特性曲线Fig2．6Performancecurveofcantrifugalpump2．3．I．2管道系统特性曲线管道特性曲线反映管道的特点。管网中的水头损失和水泵扬程可写为：∑魄=阳2(2．31)式中以=Ho+∑曩(2．32)S——管道比阻(F／m5)：日p——水泵的扬程(掰)；风——水泵的静扬程(聊)。按此画出的管道性能曲线如图2．7。图2．7管道性能曲线Fig2．7Performancecurveofthepipe20 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型2．3．1．3水泵的运行工况无论是单泵运行工况还是并联运行工况都要求工况点落在扬程曲线或并联扬程曲线高效区，如图2．8所示，N1是设计流量下工况点，N2是平均流量(50％的设计流量)工况点，N3是小流量工况点。图2．8水泵运行工况Fig2．8Thewaterpumpoperationcondition2．3．2水泵优化选型及运行调度模型泵站单位能耗目标函数：Em=rain也}E=1000N／(3600r／×Q×Ho)式中(2．33)(2．34)k——水泵最小能源单耗Ckwh／k,,_23m)；E——某种水泵组合运行方案各台水泵加权能源单耗ckwh／kM聊)；E——水泵能源单耗(kwh／km3m)；Ⅳ、Q——水泵轴功率(七形)和流量(聊3／s)；风、，7——水泵静扬程(所)和电机效率。21 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型式中约束条件：某一时段供水需求目标：日=4+4Q+4Q2(2．35)lQ总-QT／Q总-<8Q小绋——总供水量、需水量(聊％)；卢—目对误差。该模型作的主要运算的流程见图2．9。输入：泵站供水量QT"进水池水位Zl，检修水泵编号上捧序：以同时运行水泵台数为基准，对各种水泵组合方案排序编号上优选计算：1、求解模型，得出各种组合方案的结果：2、保留IQ总-QT№总S5％的方案，以能源单耗最小为目标函数，选出最佳方案上输出：泵站需水量QT．总供水量Q总，进水池水位Zl，检修水泵编号；运行方案编号，各台水泵编号，运行工况参数，调速比，能源单耗图2．9泵站优化选型和运行调度模型操作流程(2．36)Fig2．9Theflowchartofpumpstationoptimizationselectionandoperationprocessschedulingmodel 万方数据2供水管网改扩建设计优化模型首先，根据管网优化设计水力平差结果在水厂泵站输水管接入管网点水头的基础上叠加泵站水力损失和接入点与水厂清水池设计水位差，并考虑一定余量得到泵站设计扬程，然后根据管网设计流量和泵站设计扬程优选水泵，在不同运行工况下保证水泵在高效区运行，由于一年大部分时间在平均运行工况下运行，要求水泵联合运行在设计工况时，工况点落在并联扬程曲线高效区右端点附近，可通过局部调整管网管径满足要求，以保证管网优化设计目标的实现。2．4本章小结本章先介绍了管网水力计算的三大基础方程：连续性方程，能量方程和压降方程。并通过流量法和水压法两方面全方位地比较了三种水力计算方法盼优缺点之后，本文选择了节点方程法作为水力计算的基本方法。以管网年费用和可靠性确定目标函数，其他要求作为约束条件，创新点在于：管网建造费用考虑到资金的时间价值采用动态法摊销到寿命期的每一年；管网运行费用通过引入斥。【33】，k号泵站在s工况下运行流量占实际流量的比例，将两种工况应用到目标函数的年费用中；从管网节点的富余水头与管网的恢复力两个方面出发，定义目标函数的可靠性。首次在进行管网水锤计算及采取相应的防护措施以后，将定量计算出的管网系统产生的最大压力作为节点要求最高水压为约束条件。在满足水力性能、水质、水击等约束条件下，多工况多目标的函数主模型与水泵优化选型模型相结合，保证目标函数实现。 万方数据3多目标优化模型参数的设计3多工况多目标优化模型有关问题的研究3．1多目标优化函数的处理在考察单目标规划问题时，比较简单。按单目标规划方法确定多目标规划问题解的“优”、“劣陟比较困难，因此需要定义多目标下的最优解的概念。3．1．1多目标优化存磋本概念多目标规划问题的一般形式是：rmZ(x1，Xl，⋯，X。)rrfin^(xl，x1，．-．，‘)rdm无(xl，jcl，⋯，吒)。f吕佛却⋯，而)≤0，i=1,2⋯⋯．，m盯．1勺瓴，即．．，％)≤o，，：1，2，．．⋯，，记x=(却毛，⋯，％)2，f(x)=(石@)，五(功，．．⋯．，工(功)丁g(x)=(gl(x)，92(x)，⋯⋯，g。(x))丁h(x)=(啊(x)，红(曲，．．⋯，啊(工))，称厂(x)，g(x)，办(x)为向量值函数，则多目标规划问题可简写为：幽mm．船≥．·．’，嚣张美_，了@·)定义1设有两个向量x=“，耳，⋯，％)，，Y=∽，乃，．．·，y。)，，(1)若薯="(扛1，2，．．⋯．，p)，则向量x等于向勤，记为x=Y； 万方数据3多目标优化模型参数的设计(2)若薯-oJdg—o专-o∞o暑oIIu∞矗苟巨盘勺旨；暑；AoQ专-o∞Isj日I_哥屯_≈IIo∞一急口巨ooQII卜n丑届一辖求丑靛g眯恹靼鼬嫂8剥辎螺迎岬剥辎裁)；芑n僻莲嗡釜万方数据 N卜娃状呕罢．H最匣罢匣恹gH．兮囤婶匠恹避繁鄙瓤。燃∞o∞．"【∞∞No．0旧∞⑦o．"【∞∞=．0o甘．z∞①∞∞．0oNn一甘_【④．_【∞"【卜．I卜∞卜．N∞∞∞．N_【∞∞．N∞卜．0旧N④．．【_【∞卜．￡N-【i∞卜-0卜o．0N心．oo"【．0∞o．0o∞．0卜∞．0卜oo．【o．I∞卜．0∞口．_【∞o．0吲∞．0n吲式∞』∞∞．0oN．I∞●N-【．9n∽．gN寸N．￡-【∞．60N甘o_【∞N。_【∞式o"【∞∞．90甘∞诗∞甘o．T．【N甘N．8甘N卜．9．【西寸j=．01【文o●∞∞．0甘Io∞"【卜n．oo一_【∞．60-【o∞一o∞_【卜∞．60_【o∞"【o∞_【卜∞．60_【-【∞．0．【"【_【∞．60-【卜∞．60-【-【∞．60_【_【∞．60_【卜∞．60-【oo∞o∞Noo∞ooNo曲No∞∞o田∞o心Noo寸oo∞o∞Noo寸oo∞o∞No寸．zN∞．INo．o∞N．0∞o．N甘o．T∞o．寸寸．￡No．￡∞o_￡∞∞．卜_【"【．Z∞①．oo|【_￡NN卜o．【∞奇寸∞．o∞∞．ooo．0oN．0∞o．0"【甘．0=‘∞∞．0呻_【．IN．_【o∞．I卜卜．0∞甘．o∞∞式。西．TNo．I寸∞．6∞●∞甘．8N甘∞．￡∞∞．8．【曲甘．￡∞●∞∞．zH卜N．8卜卜∞．￡寸①①．60_【．I∞．兮H"【卜①o∞N卜卜．甘∞Ho．zN．【∞．6∞-【。o∞．0=。∞∞．6甘．o∞"【o∞_【o∞一o∞．【o∞_【o∞．【o∞_【o∞-【o∞_【o￡lo∞_【o∞．【o∞^【o∞一oo∞o∞Noo∞ooNo∞No崎∞o∞∞o∞Noo甘oo∞o曲Noo甘oo∞o曲No∞卜o∞∞o曲卜o∞ooooo∞∞oo曲_【o∞N_【ooo_【oo旧oo∞oo()-【∞∞N∞_【∞o∞④N∞N卜NoN∞N寸N∞NNN_【NoN⑦"【∞．【一5水辎水*^∞1v^∞／1v咖籁一目目v剃嫱煺鄙扭垛撄襄蹲拙一5水辖水*^∞＼宦v艘嫱^∞／1v卿蜡鄙扭一吕目v嶙冀桀q扭一Ⅲ)半驰眯姆士魁甚SS剥辎斟怒眯躲士魁甚89剥辎蟋堪骠鄙扭秣蝼嗡莲万方数据 万方数据附录附表4改进模型与传统模型节点水头的对比分析Tab4Thecomparisonandanalysisoft．henodepressureheadsoft．heimprovedmodelandthetraditionalmodel传统模型的优化设计结果改进模型的优化设计结果节点标高(皿)需水量总水头自由压需水量总水头自由压(L／s)(In)力(m)(L／s)(m)力(m)l103．5729．35156．3752．826．95151．0647．492103．1645．52154．0450．8840．71149．0945．933105．4545．52147．7442．2940．71143．8238．374107．8134．65147．7339．9231．05143．7935．985108．3543．53146．7438．3940．09142．6934．346106．3361．69146．540．1755．93142．5236．197104．355．44t48．5644．2649．68144．3840．088103．8133．11151．6347．8229．67147．0343．229104．4144．66145．5841．1740．02141．8937．4810105．4867．76145．1839．760．72141．4435．9611107．0862．37145．1938．1155．89141．2834．212108．8354．68148．0939．2649．72144．0235．1913107．6438．5149．0441．434．5144．837．1614107．2146．2144．7137．541。4140．6833。4715106．3660．83142．9536．5956．68139．6733．3116105．5656．62142．837．2443．56139．7534．1917108．3134．65152．9144．631．05148．5840．2718109．7147．74150．2740．5642．78145．7336．0219109．1631．57149．5940．4329．67145．1936．0320110．5243．89152．6642．1439．33147．6537．1321108．5630．8164．5155．9527．6160．551．9473 万方数据附录附表5不同工况下的节点水压计算结果Tab5Theresultsofthenodehydrauliccalculationonthedifferentworkingconditions设计工况的校核消防工况的校核事故工况的校核节点需水量自由压需水量自由压需水量自由压(L／s)力(m)(L／s)力(L／s)力(m)74 万方数据个人简历李铮，女，生于1992．01．22，河南省邓州市人2009．09—2013．06湖南大学环境科学与工程学院环境工程本科2013．09—2016．06郑州大学水利与环境学院市政工程硕士75 万方数据致谢转眼间，三年的硕士生涯即将结束，在论文完成之际，对所有给予我关心和帮助的老师、同学和家人致以忠心的感谢。特别感谢我的导师夏龙兴副教授的悉心指导，老师以渊博的知识和前瞻的眼光，为我开阔了研究视野，丰富了专业知识，特别是在论文选题、实验到最后论文写作的每一个环节，自始至终的悉心指导和大力支持。夏老师治学严谨，事实求是的工作作风以及在科研中勇于探索、创新的精神将成为我人生道路上的学习楷模。在此向夏老师表示衷心的感谢!并祝福他身体健康，家庭和睦，桃李满天下。同时也祝福所有像导师一样为人师表、品格高尚的老师们身体健康，让他们的思想行为发扬光大。另外我要感谢101寝室的几位一直陪伴我的室友——侯山林、周琳、刘亚丹、扶咏梅，还有我同届的几位朋友一一陈梦奇、焦耀亮、任胜伟，他们在论文的进展过程中给了我很多帮助，为我顺利完成论文创造了条件。感谢他们在精神和工作中给予的无私帮助和支持。最后，感谢我的父母，虽然你们不在我的身边，但是你们无私的爱和浓浓的亲情一直陪伴着我，鼓励着我，支持着我。在此，向所有关心帮助过我的老师、同学和家人致以最诚挚的敬意。最后感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的专家176'