北京市南水北调工程供水管网调度研究 76页

'犬ｉｌ嫂大學ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹｆｉＳ５士室位任文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ“北京市南水北调工程供水管网调度研究、／水文学及水资源堂糾去丨丨作者姓名；指导教师彭ｉ—‘、；—－■■■■■？＞２０１５年６月１０丨答辩日期——曰果ｔ．－－１．．“ 硕士学位论文北京市南水北调工程供水管网调度研究ＳｔｕｄｏｎＯｅｒａｔｉｏｎｏｆＷａｔｅｒＳｕｌＮｅｔｗｏｒｋｏｆＢｅｉｉｎｙｐｐｐｙｊｇｔｈ－ｔｏ－ＮｏｒｔｈＳｏｕＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｅｃｔｊ作者姓名：张运学科、专业：水文学及水资源１学号：２２０６１５８指导教师：彭勇副教授完成日期：２０１５年０５月ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体巳经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：供木後作者签名：处、日期：年月日＿＾￡＿＾一 大连理工大学硕士学位论文摘要南水北调中线工程是解决我国北方地区水资源严重短缺，实施我国水资源优化配置的特大型基础设施项目。北京市位于南水北调中线工程的末端，是沿线各省市中建成最“”早、发挥效益最早的城市。北京市形成２６２１３水格局，即由两大动脉、六大水厂、一两个枢纽、条环路和三大应急水源地组成的复杂供水系统。该体系对调度提出更高要求，，某处流量的增减可能引起全线调度方案的调整。因此针对各种工况制定合理的调度方案是必要和紧迫的。北京市南水北调工程沿线构筑物多，工程比较复杂，所使用的模型必须能够反映闹门开度变化，分水口分水流量变化等控制运行操作下的管道水力响应过程。因此，必须针对北京市南水北调工程开展研究，建立合适的非恒定流水动力学模型。本文主要研究内容及成果如下：（１）为北京市南水北调工程正常运行工况制定调度方案。闹门调度过程中满足调ＮＳＧＡ－Ｉ度规则约束的同时考虑相邻供水箱涵压差最小。首先利用非支配排序遗传算法Ｉ一对阐门调度问题进行优化，得到个Ｐａｒｅｔｏ解ＤｉｓｃｏｖＤＶ集即多个可行方案；然后利用ｅｒｙ软件对Ｐａｒｅｔｏ解进行分析得到１１个相对较优解即１１个相对较优的方案；最后基于可变模糊集理论对得到的一１１个方案进行优选，得出组最优方案作为调度方案。（２）对北京市供水管网参数的敏感性及不确定性进行分析。本文研究所用模型假，但建模过程中管道粗链系数定为确定性模型、闹门局部损失系数、掩没系数等参数具有明显的不确定性。为了研宄上述参数的不确定性对模型模拟结果的影响，首先对参数的敏感性进行分析，找出敏感性较强的参数，然后分析了敏感参数的不确定性对模型结果的影响。一（３）针对北京市南水北调工程特点，建立相应的维水动力学模型。首先对模型的多种求解方法进行简单介绍，，考虑因素全面由于特征线法精度较高，并可处理复杂管道系统，因此采用特征线法对模型进行求解。然后对模型合理性进行验证。一ＰＣＣＰ）（４维水动力学模型对应急检修工况进行模拟，釆用，即以管道检修为例对供水管网中由关阀引起的水力过渡过程进行模拟。通过ＰＣＣＰ管道应急检修关阀引起，关阀时间越短（速度越快），发生管道破坏的可能性越大管道水头波动的情况来看；一关阀时间超过某范围后水头波动的变化幅度不大，选取。最后根据管道承受压力范围最优关阀时间，模拟结果可为工程应急工况调度提供参考。最后对本文主要研究内容及成果进行总结，并对有待研究及解决的问题进行了展望。关键词：供水管网；调度方案研究；不确定性分析；应急检修－－Ｉ 北京市南水北调工程供水管网调度研究ＳｔｕｄｏｎＯｅｒａｔｉｏｎｏｆＷａｔｅｒＳｕｌＮｅｔｗｏｒｋｏｆＢｅｉｉｎｙｐｐｐｙｊｇＳｏｕｔｈ－ｔｏ－ＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒｒｅｃＰｏｔｊＡｂｓｔｒａｃｔＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｅｃｔｉｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｖｅｒｅｗａｔｅｒｓｈｏｒｔａｅｉｎｎｏｒｔｈｅｒｎＣｈｉｎａｔｈｅｊｇ，ｍｉｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｌａｒｅｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｏｅｃｔｓｔｈｅｏｔｉｉｚａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｌｌｏｃａｔｉｏｎ．ｐｇｐｊ，ｐＢｅｉｉｎｇａｔｔｈｅｅｎｄｏｆＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｊｅｃｔｉｓｂｕｉｌｔａｌｏｎｇｔｈｅｐｒｏｖｉｎｃｅｓｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｊ＂＂ｆｉｒｓｔｃｉｔｔｏｌａａｂｅｎｅｆｉｔ．Ｂｅｉｉｎｔｏｆｏｒｍａ２６２１３ａｔｔｅｒｎｏｆｗａｔｅｒｔｈａｔｉｓｆｒｏｍｔｗｏｙｐｙｇｐ，，ｊａｒｔｅｒｉｅｓ，ｓｉｘｗａｔｅｒ，ｔｗｏｈｕｂｓ，ｏｎｅｌｏｏｐａｎｄｔｈｒｅｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｗａｔｅｒｃｏｍｐｏｓｅｃｏｍｐｌｅｘｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｒａｆｆｉｃｓｏｍｅｗｈｅｒｅｍａｃａｕｓｅａｄｕｓｔｍｅｎｔａｃｒｏｓｓｔｈｅｂｏａｒｄｓｃｈｅｄｕｌｉｎｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｆｏｒａｙｊｇ，ｖａｒｉｅｔｃｏｎｄｔ．ｙｏｆｉｉｏｎｓｔｏｄｅｖｅｌｏａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｓｃｈｅｍｅｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒａｎｄｕｒｅｎｔｐｇｙｇＢｅｉｉｎｇｗａｔｅｒｄｉｖｅｒｓｉｏｎｒｏｅｃｔａｌｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍｏｒｅｃｏｍｌｅｘｐｒｏｅｃｔｓ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｊｐｊｇｐｊｍｕｓｔｂｅａｂｌｅｔｏｒｅｆｌｅｃｔｃｈａｎｅｓｉｎｇａｔｅｏｅｎｉｎｇ，ｐｉｐｉｎｇｗａｔｅｒｆｌｏｗＯｕｔｌｅｔｗａｔｅｒｓｈｅｄｃｈａｎｅｇｐｇｃｏｎｔｒｏｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｒｅｓｏｎｓｅｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｓｔｕｄｏｎＢｅｉｉｎＮｏｒｔｈｐｐｙｊｇＷａｔｅｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｍｕｓｔｂｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ａｎｄｂｕｉｌｔａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｍｏｄｅｌｏｆｕｎｓｔｅａｄｙｆｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔｓａｎｄｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：－１ＴｏｓｃｈｅｄｕｌｅｔｈｅｒｏｒａｍｆｏｒＢｅｉｉｎＳｏｕｔｈ－ｔｏＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＰｒｏｅｃｔｎｏｒｍａｌ（）ｐｇｊｇｊｏｐｅｒａｔｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｇａｔｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｒｏｃｅｓｓｔｏｍｅｅｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｓｃｈｅｄｕｌｉｎｒｕｌｅｓｇｇｐｇ－ｗｈｉｌｅｍｅｅｔｉｎｔｈｅｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｃｕｌｖｅｒｔｒｅｓｓｕｒｅｏｆａｄａｃｅｎｔｗａｔｅｒｓｕｌｂｏｘ．Ｆｉｒｓｔｌｕｓｉｎｇｐｊｐｐｙｙ，ｇｎｏｎ－－ｄｏｍｉｎａｔｅｄｓｏｒｔｉｎａｎｄｓｈａｒｉｎＮＳＧＡＩＩｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｒｏｂｌｅｍｆｏｒａｔｅａｎｄｇｇｐｇ，ｏｂｔａｉｎａＰａｒｅｔｏｓｅｔｔｈａｔｉｓｍｏｒｅｔｈａｎｖｉａｂｌｅｏｐｔｉｏｎ；Ｓｅｃｏｎｄｌｙ＾ｕｓｅｔｈｅＤｉｓｃｏｖｅｒｙＤＶｓｏｆｔｗａｒｅｔｏａｎａｒｅｏｒｅｅｌｅｅｒｓｏｕｏｎａｅｖｅｅｒｌｚｅｆｏｒＰａｔｓｅｔａｎｄｅｔ１１ｌａｔｉｖｂｔｔｌｔｉｓｔｈｔｉｓ１１ｒｌａｔｉｌｂｅｔｔｙ，ｇｙｙｓｏｕｏｎｓｒｏｒａｍｓｗｅｒｅｒｅｆｅｒｒｅｔｈａｉｓａｉｎｏｎｖａｒｉａｂｅｕｚｚａｎｄｌｔｉＦｉｎａｌｌ１１ｔｏｂｅｄｔｂｓｌｆｓｅｔｓ；ｙ，ｐｇｐ，ｇｙ，ｄｒａｗａｓｅｔｏｆｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｓｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｓｃｈｅｍｅ．（２）Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｏｆｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｍｏｄｅｌａｓｓｕｍｅｓｔｈａｔｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｍｏｄｅｌ，ｂｕｔｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｒｏｃｅｓｓｉｅｒｏｕｈｎｅｓｓｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｐｐｐｇｏｆｌｏｃａｌｌｏｓｓｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｇａｔｅｓ，ｆｌｏｏｄｉｎｇｆａｃｔｏｒａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｕｎｃｅｒｔａｉｎｔ．Ｔｏｓｔｕｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｕｎｃｅｒｉｎｔｏｎｔｈｅｓｅａｒａｍｅｔｅｒｔｈｅｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｉｙｙｔａｙｐｓｔｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｆｉｒｓｔｏｆｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｒａｍｅｔｅｒａｎａｌｓｉｓｔｏｉｄｅｎｔｉｆｓｔｒｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｐｙｙｇｐａｎｄｔｈｅｎａｎａｌｚｅｔｈｅｔｔｔｔ．ｉｍａｃｏｆｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｏｎｓｅｎｓｉｉｖｅａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｅｍｏｄｅｌｒｅｓｕｌｓｙｐｙｐＡｃｃｏｎｅｃ－－３ｒｄｉｔｏｔｈｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＢｅｉｉｎＳｏｕｔｈｔｏＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＰｒｏｅｃｔ（）ｇｇ，ｊｊｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｈｄｒｏｄｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｆｉｒｓｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｖａｒｉｅｔｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｙｙ，ｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｄｕｅｔｏｔｈｅｈｉｈｒｅｃｉｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｌｉｎｅｍｅｔｈｏｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ，ｇｐ，ＩＩ 大连ｇｘ大学硕士学位论文；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｐｉｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ，ｓｏｕｓｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｌｉｎｅｍｅｔｈｏｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ａｎｄｔｈｅｎｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．，ｙ４Ｏｎ－ｄ（ｅｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｈｄｒｏｄａｍｉｃｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｅｍｅｒｅｎｃｙ）ｙｙｎｇｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｖｅｒｈａｕｌｆｏｒｅｘａｍｌｅｆｏｒｈｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｒｏｃｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｔｈｅ，ｐ，ｙｐｙｓｈｕｔｖａｌｖｅｗａｔｅｒｉｅｎｅｔｗｏｒｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＰＣＣＰｉｅｒｅａｉｒｅｍｅｒｅｎｃｓｉｔｕａｔｉｏｎｂｃｌｏｓｉｎｐｐｐｐｐｇｙｙｇｖａｌｖｅｓｔｏｃａｕｓｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｉｅｈｅａｄｏｆｖｉｅｗｔｈｅｓｈｏｒｔｅｒｔｈｅｔｉｍｅｏｆｆｖａｌｖｅｆａｓｔｅｒｐｐ，（），ｔｈｅｒｅａｔｅｒｔｈｅｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｏｆｔｉｉｅｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｏｆｉｅｌｉｎｅｄａｍａｅ；ｍｏｒｅｔｈａｎｈｅａｄｏｆｆｖａｌｖｅａｆｔｅｒｇｐｐｇａｒａｎｇｅｏｆｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｓｎｏｔＧｒｅａｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｅｐｐｕｎｄｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｒａｎｅｃｈｏｏｓｅｔｈｅｂｅｓｔｔｉｍｅｔｏｃｌｏｓｅｔｈｅｖａｌｖｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｒｏｖｉｄｅａｇ，，ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｅｎｉｎｅｅｒｉｎｇｄｉｓａｔｃｈｅｍｅｒｇｅｎｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ｇｐｙＦｉｎａｌｌｙｔｈｉｓａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔａｎｄａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓａｎｄｔｏｂｅｓｔｕｄｉｅｄ，ｐ，ａｎｄｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．ｅｏｒｄｓｗｉｎｅｗｏｒｎｓｃｈｅｄｕｌｉｎｎａｒｉｏｕｎｃｅｒｔａｉｎｔＫｙｗ：ａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｐｐｅｔｋ；ｓｔｕｄｙｏｇｓｃｅｓ；ｙａｎａｌｓｉｓｅｍｅｒｅｎｃａｉｎｔｅｎａｎｃｅｙ；ｇｙｍ－－Ｉｌｌ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄目录ｍ＾ＩＡｂｓｔｒａｃｔＩＩ１雜１１．１课题背景与研究意义１１．２相关领域国内外研宄现状２１．２．１供水管网优化调度研究现状２１．２．２不确定性分析研宄现状２１－２．３非恒定流研究现状２１．２．４存在问题３１．３本文主要研宄内容４１．３．１主要研宄内容４１．３．２文章结构图６２北京市南水北调工程概况及工程概化７２．１工程概况７２．１．１干线工程７２．１．２配套工程１０２．．２本文研究范围及工程概化１４２．２．１本文研宄工程范围１４２．２．２工程概化１５３北京市南水北调正常供水可行方案研宄及优选１７３．１工况及问题描述１７３．２模型建立２０３．３模型求解２２－３．３．１ＮＳＧＡＩＩ算法及原理２２３－．３．２ＮＳＧＡＩＩ算法流程２２３．４可行方案研究及优选２６３．４．１可行方案研宄２６３．４．２基于可变模糊集理论的方案优选２８３．４．３最优方案调度结果展示２９３．５结论３０４北京市供水管网参数敏感性分析及不确定性分析３２－－ＩＶ 雜ｇｘ大学硕士学位论文４．１参数的敏感性分析３２４．１．１Ｓｏｂｏｌ３２方法４．１．２目标函数３３４．１．３参数敏感性分析３３４．２参数的不确定性分析３７４．３结论３９５７Ｃ４１ｊ动力学模型建立及应急检修工况水力模拟５．１模型求解４１５．１．１基本方程４１５．１．２模型的特征线法求解４２５．２模型的合理性验证４８５．３应急检修工况模拟４９５３．．１工况分析５０５．３２１．运行结果分析５５．４難５９６结论与展望６０６．１跳６０６．２展望６１２参考文献６攻读硕士学位期间发表学术论文情况６６ｍｍ６７大连理工大学学位论文版权使用授权书６８－Ｖ－ 大连理工大学硕士学位论文１绪论１．１课题背景与研究意义我国水资源南多北少，东多西少，空间上分布极为不均。长距离输水工程能够直接有效地解决我国水资源分布不均的难题。南水北调中线工程是我国为解决北方地区水资一源严重短缺，有效实施水资源优化配置而建设的个特大型基础设施项目，该工程引水起始端为丹江口水库的陶盆取水口，末端为北京市的团城湖明渠，输水干渠全长共１２７６ｋｍ，。致力于将湖北省丹江口水库的优质水源安全、可靠地输送至北京市团城湖为北京市的生活和工业用水提供保障。南水北调中线工程的实施，对提高北京市城市供水保证率，从根本上解决日益严重的北京水资源供需矛盾，改善生态环境，保证首都社会稳定和可持续发展等方面有着十分重要的意义。北京市位于南水北调中线工程末端，是其沿线各省市中建成并投入运行最早的城市。２０１４时北京市将形成年底南水北调中线工程总干渠末端北京市团城湖明渠开间放水，届“”一２６２１３的供水格局，即由两大动脉、六大水厂、两个枢纽、条环路和三大应急水一源组成的复杂供水系统，牵发而动全身，某。该供水系统针对调度提出了更高的要求一一处流量的变化可能导致全线调度方案的调整，个小小的失误，就可能造成管道局部，压力急剧增大，从而导致管道裂缝漏水，严重的将可能发生爆管等后果对北京市的供水安全可能会造成极为严重的影响，建立北，。因此京市南水北调工程的调度模型针对不同工况制定合理的调度方案是必要和紧迫的。为保障北京市南水北调工程的安全输水，提高输水系统的稳定性和供水保证率，且，便于运行管理，根据不同的地形和地质条件在沿线设置了调压池、水库、涵洞、倒虹吸，，、录站等交叉建筑物；与此同时为控制输水管道运行沿线还布设了节制间、退水闹和分水口门等控制工程。这种既有管道又有交叉建筑物和控制建筑物的输水结构在建立必须将交叉建筑物和控制建筑物当成内边界条件或特殊节点数学模型进行数值模拟时，１【］进行概化处理，才能对整个输水体系的水力响应过程实现准确模拟。所使用的数值模拟模型既要能模拟出各种建筑物影响下的水流变化，同时还必须能够反映节制闸开度变化，，分水口分水流量变化等控制运行操作下的管道水力响应过程。因此必须针对北京市南水北调工程开展研宄，建立合适的水动力学模型。本文以北京市南水北调工程运行调度特点和要求为基础，在对国内外水力模拟方法进行调研的基础上，建立适合于北京市南水北调工程运行要求的水力模型以及求解方法，２为北京市南水北调工程的实际调度和运行效益的发挥提供科技支撑［］。－－１ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄１．２相关领域国内外研究现状１．２．１供水管网优化调度研究现状国外关于供水管网的优化调度研宄起源于上世纪７０年代，至今己取得不少经验和３，４［］成果。ＶｉｌａｓＮｉｔｉｖａｔａｎａｎｏｎ针对水泉供水能力、管网用水负荷及其他地理条件的限制提出了采用逐步优化的方法求解优化调度动态规划数学模型的方法，此方法把供水管网５［ｕＡＩ中的优化调度模型按不同区域和时段分成若干子模型进行研宄Ｓａｋａｒｙａ、Ａ．Ｂｕｒｃｌｔａｎ；等人在对供水系统中粟的优化调度中考虑了水质因素的影响，通过与水质、水力模拟代７［］码，非线性优化代码连接得到最优解此之外，ＭｃＧｕｉｒｅＭｉｃｈａｅｌｉｎｚｈａｎ、；除，Ｑｇｇｓ９［，］Ｐｅｌｌｅｔｉｅｒ，Ｇｎｅｖｉｅｖｅ等学者也对管网优化调度进行了研究，并提出与ＳＣＡＤＡ系统相结合的实时优化调度。国内学者于上世纪７０年代已经开始采用现代计算机信息技术对供水系统进行模拟、优化设计以及水质的控制等。同时也在供水系统的优化调度管理方面进行了诸多的尝试一和探索，编制了些优化调度应用软件，并在黑龙江、山东、河南、广东等地进行了应用，但由于国内在该领域上的技术手段，、设备条件等方面存在局限性供水系统的可靠性及经济性方面研宄成果尚不多见。在我国倡导建设新型节约型社会的口号下，进行供一水管网系统优化调度是种必然的趋势。１．２．２不确定性分析研究现状不确定性分析最早应用于供水管网系统的可靠性研究和水力的不确定性研宄。】ｅＷ［］ａｇｎｅｒ采用蒙特卡罗随机抽样的方法，以水菜断电和管路断裂作为随机事件，分析了一其对管网节点压力的影响，。国内外学者关于供水管网的水力不确定性进行了些研究ｎＫａ［】ｐｅｌａｎ等仅对节点流量不确定性进行研宄，并用遗传算法对随机优化模型进行求解；ｉ２Ｂａｂａａｎ［］等分析了节点流量不确定性对供水管网设计的影响ｙ，认为忽视节点流量的不确定性将导致设计失败，；金溪用线性化供水管网概率模型评价了节点流量的随机性对供水管网水力特性的影响，发现如果节点流量变异系数较大，会增加线性近似Ｉ４［随机性分析的误差舒诗湖］基于蒙特卡罗方法从数据输入精度方面对供水管网模型状；态量的不确定性进行了分析。１．２．３非恒定流研究现状对于管道中水击问题的研宄可以追溯到１９世纪中期，在此之后，很多学者对水击问题进行了进一步的研究。随着对水电站引水系统中恒定流与非恒定流的深入研究，国内外学者在恒定流与非恒定的基本原理和计算方法方面上均取得了较大成就。近年来，－２－ 大连理工大学硕士学位论文随着现代信息技术的不断普及和应用，数值模拟计算方法逐渐在实际输水工程运行中得到应用。１５人［］一２０００ＰｒａｓａｄａＲａｏｃｏｔｔ．丫３１年，和Ｓ０对维非恒定流模型进行求解，对瞬态水波１６［］在明渠中传播的情况进行了模拟１２１１丨６１１０；２世纪初，１９（等基于水锤的弹性理论建立了ｉ７Ｆ［］ｉＨｏｎ、Ｋａｍｅ简单管道水力瞬态的数学模型，建立了瞬变流的延时分析模；与此同时型，对水锤从产生到消失的过程进行了模拟，模拟结果较准确地提供了最不利时水锤的８ｉ３Ａｎ［】压力变化；２００年ｓａｒｉ、Ｍｏｈａｍｍａｄ等以某段输水管线为例分析了管道发生水锤时１９［］关阀速度对管道水锤最大Ｊａａｒａ、最小水压的影响；同年，ｙｊ等人分析了阀门快速关闭＿时的水锤问题；２００８年，Ａｆｓｈａｒ等人对阀门关闭时间进行计算，研宄关阀时间长短与水锤压力之间的关系。目前有关长距离一、大流量明渠输水方面的研宄较多。其中些是关于明渠中，国内２１２２２２’口需［］【］分水水量变化在全线形成的非恒定流过程的研宄，如方神光等以南水北调中线天津分水口为例，模拟计算了分水口各种分水状态下干渠中的水流过渡过程；另外多２３－２７２７［］［］数研宄集中于渠道中闹门控制引起的非恒定流过程，如悦新贤等结合南水北调中线输水工程，采用显式的特征线法求解圣维南方程，实际模拟输水渠道闹门问题，分析２８一［］了闹门对渠道中非恒定流的影响；１９９８年朱承军、杨建东对非棱柱体管道的维非２９］恒定流过程进行模拟计算［，对管道中的瞬变流做了模拟求解２００２年，郑源；等对管道中气液两相流的研究进展进行了回顾１００多，对年以来输水管道中的空穴流及液柱分离、水锤防护等方面的研究进展做了综述；２００５年６月，樊希德，谢水波等利用新的迭代方法对停粟水锤中的边界条件及阀门动作对水■的影响做了研宄分析；同年７月，３１［］郑源、屈波等人１０月对输水管道体系中的含气水锤进行了研究；同年，钟登华等用响应曲面法对复杂长距离输水管线进行优化仿真模拟，得到输水管线中的压力状态；３３２００６年［］，东南大学潭平等对动力管道水锤激振进行分析，计算了水锤对管道产生的３４［］巨大破坏；２００８年，余太平等通过对长距离输水管线安全供水问题的研宄，发现水力过渡过程是影响输水系统安全运行的重要因素；冯卫民、曹慧哲等对由关阀引起的水锤进行了研究，提出了在输水系统实际运行过程应减少因阀门操作产生的水锤力，以防压力过大破坏管道。１．２．４存在问题（１）北京市南水北调供水系统存在的问题北京市南水北调工程输水距离长，，地势复杂为保障安全输水，管道与沿途河流、公路的交叉工程全部采用立交布置，。根据不同的地形和地质条件在沿线设置了调压池、－３－ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄水库、涵洞、倒虹吸、粟站等交叉建筑物；为控制输水管道运行，沿线同时也布设了节制间、退水阐和分水口门等控制工程。因此，管网布置比较复杂，并且工程各部分地面标高相差较大，导致输水管段压差比较大。如果管理不当，容易造成高压区管网压力不足，甚至不能满足最不利点对水压的要求；而低压区压力过高，易发生爆管等事故。因３８［］此，如何在保证供水要求的情况下使管网压力更为合理是优化调度需要考虑的问题。北京市南水北调供水管网的复杂性对优化调度提出了更高要求。（２）水力模拟不确定性存在的问题一水力模拟的准确性很大程度依赖于基础资料的准确性和监测数据的完整性。方面，我国管网信息化管理起步较晚，多数水务集团未建立相应的ＧＩＳ数据库，且缺少足够的人力进行现场调研一，导致资料数据的匮乏。另方面，我国大多数管网仅在起点与终点设有水压监测点，，这样不但影响数据的准确性同时还增大了水力参数校核的难度。因此为保证供水管网的优化调度及安全运行，须研究模型参数对供水管网水力特性的影响３９［］０（３）非恒定流研究存在的问题国内外对城市管网的水力过渡过程进行了大量的研究，也有不少学者对长距离渠道输水工程中的水力过渡过程进行了研宄距离输水管网安全运行问题研究的，但是针对长较少。输水系统安全稳定输水是决定工程成败的关键因素，近年来由于停粟、阀门突然关闭等水击事件的频繁发生严重威胁着输水系统的安全运行。北京市南水北调工程输水线路较长，干线工程长８（）ｋｍ４条共１８７ｋｍ，，市内配套输水工程干线除了干线末端采用８００ｍ的明渠输水外，其他线路均为有压输水。并且北京市南水北调工程沿线构筑物及控制建筑物比较多，管网连接相对复杂，如果发生水击，水击波通过管道需要相当长的时间一，由此引起的压力可能大到足以使管道破裂，旦阀门因停电或操作失误，管路中会出现很强的正负水击压力，其危害不仅会使管道本身破裂，而且对阀门有严重的损伤。目前，由于专门针对南水北调长距离有压输水工程非恒定流问题的研宄较少，缺乏针对性的应急调控措施，因此针对北京市南水北调长距离输水工程的非恒定流进行研究，对降低水击危害和减少损失有着不可替代的作用。１．３本文主要研究内容１．３．１主要研究内容－本文利用非支配排序遗传算法ＮＳＧＡＩＩ对北京市南水北调工程正常供水阶段模拟一组最优方案为调度方案出多组可行方案，并对方案进行对比分析，最终选取分析了；模型参数对供水系统的敏感性，选择其中比较敏感的参数分析了其对供水系统的不确定４ 大连理工大学硕士学位论文Ｊａｖａ一性影响；应用科学计算语言建立了维水动力学模型，并利用所建模型对北京市南水北调工程应急检修工况进行模拟。本文主要研宄内容如下：一第章绪论，然。首先简要论述了本文的选题背景和研宄意义后总结了目前国内外关于供水管网优化调度、不确定性分析和非恒定流的研究现状和存在的问题，最后阐明本文主要研究内容。第二章北京市南水北调工程概况及研究范围。本章首先简单介绍北京市南水北调工程的干线工程和配套工程的主要任务、主要组成部分，为本文的研宄内容提供工程背景基础；然后对本文所研究的工程范围进行了介绍；最后阐述了建模过程中工程概化情况。第三章北京市南水北调工程正常供水可行方案研宄。首先对正常运行工况以及需要解决的问题进行了描述；然后针对待解决问题建立了相应的优化模型；同时对模型的求一解方法ＮＳＧＡ－ＩＩ的基本原理和计算方法进行了介绍，并利用该方法为北京市南水北调工程正常供水阶段优化出多组可行调度方案；最后考虑调度规则约束和相邻供水管道压差一，对方案进行分析比选，最终选组最优方案出；一。Ｓｏｂｏｌ第四章不确定性分析本章首先对参数敏感性分析方法进行简单的介绍，然后对工程不同管道粗糖系数、闹门局部损失系数等８个参数进行敏感性分析，找出其。中比较敏感的参数，并分析了这些参数对模型的不确定性影响第五章水动力学模型建立及应急检修工况模拟。首先介绍了水力学非恒定流计算原理然后针对北京市南水北调工程建立了一，并对非恒定流多种求解方法进行简单介绍；一维水动力学模型，并结合工程实际情况，选择合适的求解方法；最后釆用建立的维水动力学模型对应急检修工况进行模拟计算，并对检修过程中可能出现的水锤问题进行了一研宄，为北京市南水北调工程的通水及安全运行提供了定的参考。。第六章结论与展望本章对本文的主要研宄内容和取得的主要成果进行总结，提出一些问题和未来的发展趋势供水管网优化调度尚且存在的。－５－ 北京市南水北调工程供水管网调度研究１．３．２文章结构图第１章绪论Ｉ第２章北京市南水北调工程概况：干线工程＼配套工程ＩＩ一研宄范围及工程概化情况Ｉｎ第３章北京市南水北调工程正常供水可行方案研究ｈｉ工况及问题描述Ｉ１！模型建立Ｉ‘▼模型求解［Ｉｆ可行方案研究及优选：Ｌｉ敏感性分析‘１ＩＩ＾▼養数取目标函数选取［Ｉｊｆ—＼不确定性分析ｒ＾；第Ｓ章水动力学模型建立及应急检修工况水力模拟ｒｒｉ‘—――Ｉ模型求解方法概述‘▼特征线法求解水动力学模型—▼模型合理性验证应急检修工况模拟ｉ＾＾－Ｉ１，第６章结论与展望Ｉ图１．１文章结构流程图Ｆｉｇ．１．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｒａｍｏｆｔｈｅａｅｒｇｐｐ－６－ 大连理工大学硕士学位论文２北京市南水北调工程概况及工程概化２．１工程概况南水北调工程是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程。南水北调工程的实施一，对于优化中国水资源配置，建设资源型、环境友好型社会，进步推动小康社会建设和实现经济社会的可持续发展具有极为重要的作用。３北京属于资源型重度缺水地区，人均水资源量不足３００ｍ，仅为全国的１／８、世界３的１／３０，远远低于国际公认的人均１０００ｍ的缺水下限。水资源紧缺已成为制约北京经一济社会可持续发展的第瓶颈。南水北调中线工程是解决我国北方地区水资源严重短缺，实施我国水资源优化配置１２７６ｋｍ。的特大型基础设施项目，总干渠全长工程建设的修建任务为由丹江口陶盆取￣水口至末端团城湖明渠的输水总干渠，２００８２０１４年将河北省西大洋、王快、岗南、黄壁庄等水库的水调向北京，为北京提供应急水源创造条件，２０１４年后将丹江口水库的优质水源安全、可靠的输送到终点团城湖，向北京市提供生活、工业用水。北京市南水北调工程的实施，对提高北京市城市供水保证率从根本上解决日益严重的北京水资源供需矛盾、改善生态环境、保证首都社会稳定和可持续发展等方面有着十分重要的意义。２．１．１干线工程北京市南水北调干线工程位于南水北调中线工程的末端，起点位于北京房山区北拒马河中南支，终点为北京海淀区的团城湖，全长约８０ｋｍ。沿线设房山、燕化、良乡、长辛店、王佐、南干渠、新开渠、永引渠、水源三厂、团城湖分水口。工程主要任务：将上游南水北调中线工程总千渠来水，通过北拒马河渠首枢纽的连接与控制暗渠穿越北拒马河中？、北支，经惠南庄菜站、惠南庄大宁压力输水，经输水管道，进入大宁调压池，再通过永定河倒虹吸、卢沟桥暗涵、西四环暗涵、团城湖明渠输至北京段终点团城湖，实现北京段总干渠管涵输水。工程近期向北京市应急供水，待南水北调中线程全线梭工后，承担向北京市输送来自丹江口水库汉江水的任务。。北京段总干渠采用管涵加压方案。除千渠末端外，沿线不设明渠采用小流量＾２０ｍ／ｓ）管涵自流，大流量管涵加压输水方式。－７－ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄．．．．：食？＇．．＾＇区、上－Ｘ…一十Ｗ、－Ａ１［ｉｗｉｉｆ图２．１北京市南水北调干线工程总平面示意图－Ｆ－ｒｉｇ．２．１ＴｈｅｍａｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｌａｏｕｔｄｉａｒａｍｏｆＳｏｕｔｈｔｏＮｏｔｈＷａｔｅｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＰｒｏｅｃｔｉｎＢｅｉｉｎｙｇｊｊｇ￣（１）惠南庄大宁段工程自惠南庄栗站出水钢管接输水干管；管道沿低山、丘陵地带布置，管线穿越河、沟、、渠均采用下置方式；为缩短管线长度减少深挖石方段减少折点及施工难度，布置了２－座压力隧洞，在險洞进、出口管线中心距在６．１０２０．０ｍ之间渐变与隧洞连接；输水２－ＤＮ３．６ｍ钢干管末端设控制蝶阀井，井后管线与大宁调压池南壁管对接，终点至大宁调压池。２４排内径．０ｍ的预应力钢筒轮管（ＰＣＣＰ）输水干线为；管线主要布置在房山区的３山前及丘陵地带＝，为２０ｍ／ｓ．０保证管道运行安全，当０时管顶最小压力水头不得小于２－８－ 大连理工大学硕士学位论文－２２Ｎ４０ｍｍ。工程由５４．２０ｋｍ长２ＤＮ４．０ｍＰＣＣＰ压力管道、２．８ｋｍ长孔Ｄ．压力險洞、管道附属建筑物及永久巡线路组成。（２）大宁调压池工程？大宁调压池位于惠南庄大宁段末端．８９ｍ。，控制范围长１２７调压池以永定河倒虹吸迸口两侧翼墙中心线为轴线对称布置，采用方形台地中央布置圆形钢筋混凝土水池的？结构。调压池内径８１．０ｍ，起始段底高程与压力管道管内底齐平为４６．５０４６．３０ｍ（北５ｍ４６８０ｍ京地方高程系统，下同），．。调压池，长１其余池底髙程周圈池壁采用扶臂６０ｍ６３ｍ６ｍ式钢筋轮挡墙结构．２池顶高程。池，，，高度１，顶外布置环形甬道甬道宽甬道高程６１．８０ｉｎ。甬道外侧为边长１１６ｍ的台地，台地边距甬道外侧挡墙最近距离１０．５０ｍ，台地高程５９ｍ。坡脚外设巡线路。调压池占地宽１９０ｍ，长１５４ｍ，总占地面积２９８００（３）永定河倒虹吸工程永定河倒虹吸包括进口段、闹室段、管身段，总长２５１０．７９ｍ。。口永定河倒虹吸进水闹室设在大宁调节池北侧，共四孔其中两孔为团城湖引水，３另两孔为南千渠分水口，分水设计流量为３５ｍ／ｓ。在倒虹吸进口东侧，设有退水闹。退，相距４．５０ｍ。进口两侧采用弧型翼水闹与进水阐平行布置，中间采用分水尖分隔水流墙与调压池池壁挡墙相接。倒虹吸管身穿越大宁水库副现、大宁水库库底、永定河右堤、永定河主河槽。、永定河左堤及公路五环以后到达终点与卢沟桥低压暗涵相接（４）卢沟桥暗涵工程卢沟桥暗涵与永定河倒虹吸北侧的两孔箱涵对接。卢沟桥暗涵全长５２７１．７５ｍ，采用钢筋混凝土箱涵形式，终点与西四环暗涵相接。（５）西四环暗涵工程西四环暗涵总长１２．６４ｋｍ。工程主体由长１３７０ｍ双孔联体明挖方涵、长２１０ｍ双孔联体暗挖方涵、长１０．％ｋｍ（含穿越五棵松地铁站工程、铁路交叉工程）两条并行圆０１０、、形暗涵以及．ｋｍ出口阐组成。沿线布置有新开渠左分水口永引渠左右分水口以１１及第三水厂分水口、调压井１座、排气阀井３对、通气孔对（其中６对兼做排水检修孔）、检修井２处。（６）团城湖明渠工程起点位于大潮市场内的西四环暗涵出口闹末端，，经过金河、金河路和船营村穿过顿和园围墙后进入团城湖下游京密引水渠昆南段，渠道总长为８８５．００ｍ，由７７７．８０ｍ明管段及１０７．２０ｍ团城湖闹（包括出口暗涵段）组成。沿线主要交叉两处，分别为金河、金河路与干渠相交一。主要建筑物四座。分别为金河交叉处左岸排水倒虹吸座；金河路－－９ 北京市南水北调工程供水管网调度研究一座出口设团城湖闹一座口一处交叉处新建跨渠船营公路桥，为团城湖分；；新增分水水口。２．１．２配套工程为了做好北京市供水系统空间布局的战略性调整，２００７年初由北京市南水北调工程建设委员会办公室同北京市发展和改革委员会、北京市规划委员会和北京市水务局共同编制完成了《南水北调市内配套工程总体规划》。“”总体规划提出了两大动脉一、六大水厂、两个枢纽、条环路和三大应急水源地“”“”一供水格局。其中两个枢纽即为大宁调蓄水库工程和团城湖调节池工程，条环路即为由南水北调中线工程进城段、团城湖至第九水厂输水工程、南干渠工程和东干渠工一程组成的条基本沿五环路的供水环路系统。北京市南水北调工程布置图见图２．２。乂１：ＮＡ＊厂．；、“霣＾广）Ｙ■、‘ＶＶｖＴＬ团城湖至第九水厂输永工程：‘北京？減闻遍颤／—Ｘ．、－Ｗ＞Ｖ／ｉ１ｒ．子Ｅ：＂ｒＥ＞Ｘ图２．２北京市南水北调工程布置图Ｌｏ－－Ｆｉｉｅｃｔｉｎｉｉｉ．２．２ｃａｔｉｏｎｌａｎｏｆＳｏｕｔｈｔｏＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＤｖｅｒｓｏｎＰｒｏＢｅｎｇｐｊｊｇ（１）两大动脉１０－ 大连理工大学硕士学位论文两大动脉即南水北调中线总干渠和密云水库至第九水厂输水干线。（２）六大水厂六大水厂即现状第九水厂、第八水厂、第三水厂、田村水厂、规划的第十水厂、郭一公庄水厂。上述六座水厂作为供水系统的骨干水厂，新建、改建后，方面可以减少地下水厂的运行一，另方面为地表水与地下水的联合调度提供便利条件。３－１ｍ第九水厂由自来水集团管理，水厂供水能力７／ｄ状水源为密云怀柔系１万，现统、怀柔应急水源地、马池口应急水源地、平谷应急水源地，通过密云、怀柔至第九水厂的输水管线、团城湖取水。２００８年以来第九水厂年供水量呈持续上升态势，年均增加３３３０．２２亿ｍ，２０１２年年供水总量已达到５亿ｍ，日均达到１７３万ｍ／ｄ。现状密云（怀柔）３水库至第九水厂的输水管线需要保留１５万ｍ／ｄ的热备份。３ｍ／ｄ第八水厂位于朝阳区五元桥以东，５０万。通过东干渠、环铁路北侧水厂规模工程预留的八厂分水口取水。３第三水厂原为地下水厂，地下水供水能力２５万ｍ／ｄ，在２００８年进行改造后，增加３地表水供水能力１５万ｍ／ｄ现状水源为河北应急调水。２０１２年供地表水己经达到０．４４，３３亿ｍ，日均达到１２万ｉｎ／ｄ。但是由于现状第三水厂的地表水源只有河北应急调水，扣除每次调水初期和末期总调水量逐步增加或者减少的影响，河北应急调水稳定供水的时３间里，日均供水已经超过１４万ｍ／ｄ。３田村山水厂由自来水集团管理，给中心城的供水能力３４万ｉｎ／ｄ，现状水源为张坊－。２００８水，、河北应急调水、密云怀柔系统的水，均从团城湖取水口取水年以来供水３３量也呈增长趋势，２０１１年供水总量己经达到１．０２亿ｍ，日均达到２９万ｍ／ｄ。３一ｍ工程预留的十厂第十水厂位于朝阳区定福庄，期规模为５０万／ｄ，通过东干渠分水口取水。计划２０１５年初具备接水条件。一３郭公庄水厂位于丰台区西南部，期规模为５０万ｍ／ｄ，２０２０年水厂规模达到７５３万ｉｎ／ｄ。通过南干渠工程预留的郭公庄分水口取水。计划２０１４年１０月具备接水条件。（３）两个枢纽两个枢纽即团城湖调节池和大宁调压池、。团城湖调节池工程主要任务是向第八水厂一第九水厂。、田村水厂、城子水厂及石景山水厂分配水量大宁调压池作为另个重要枢纽工程，承担着进城段及南干渠段输水工程的供水任务，同时还起着调节供水水位、供水流量的作用。４一条环路（）“”一条环路即为由南水北调中线工程进城段、团城湖至第九水厂输水工程、东干渠工程和南干渠工程组成的一条基本沿五环路的供水环路系统。－－１１ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄？东干渠工程地处北京市东部地区，起点与团城湖第九水厂输水工程相接，沿五环路外（部分沿内环）向东转向南．７０，终点到亦庄调节池附近与南干渠末端相接，全长４４ｋｍ４。沿线建设分水口处，分别为：八厂分水口、十厂分水口、通州分水口以及亦庄分水口。沿线设置调压设施２处。同时建设管理中心１处、结合现地设施建设管理所３处。分水口．‘：》一１…一Ｎ上Ｌ一一十４ｗ＾＾＼＇＾‘＞■＇■５Ｖ４Ｊｉ．．．ｆ：１ｒｒ％“‘－：－＂＇：Ｔ第十水厂分水口ｉ爹广Ｌ＇ｊｔ＾？－－－—－ｆｉｕ４Ｔ＂１＇”＇ｎａ－ｔｉ：ｉ！３ｉ．ｚｐ＾１京通谈速．＂？—路－ｆ．ｎ计州水ｎｊＴｋｎ“＇＇““■＂■‘＊Ｉ■如一？川■＿■＿？—．；Ｊ京沈義速—Ｊ亦注水厂口．＞／＃，％““亦ｋ调节池（东千澳终点）图２．３东干渠平面布置示意图Ｆｉ．Ｔｒｇ．２３ｈｅｅａｓｔｍａｉｎｃａｎａｌｌａｙｏｕｔｄｉａｇａｍ南干渠工程，起点为南水北调中线干线北京段永定河倒虹吸末端，终点为亦庄调节池。沿线共穿越大兴灌渠、凉凤灌渠等河流１４条，五环路、京开高速等主要公路８处，、４，６京九京山等铁路条及地铁大兴线、房山线。南干渠工程全长２．８０ｋｍ九铁，以京路东侧为界分为上、下两段：上段采用浅埋暗挖法施工，下段采用盾构法施工。浅埋暗挖段施工总长３３１１．３０ｋｍ，共布置有１５座暗挖竖井３０ｍ／ｓ３５ｍ／ｓ。，设计流量，加大流量盾构段施工总长度共１５．５０ｋｍ，共有５座盾构始发井，设计流量２７ｍＶｓ，加大流量３２ｍＶｓ。－１２－ 大连理工大学硕士学位论文３３输水规模３０ｒｎ／ｓ，５ｍ／ｓ；：京沪高铁以西段设计流量加大流量３京沪高铁以东段设计３３流量２７ｉｎ／ｓ，加大流量３２ｍ／ｓ。南干渠工程的京沪高铁以西段采用浅埋暗挖法施工建３．４ｍ的钢筋混凝土隧洞ｋｍ设两条ＤＮ，长度１１．２０京沪高铁以东段采用盾构法施工建；一ＤＮ４．７ｍ的１５．６０ｋｍ。沿线设置分水口３处，：设条钢筋混凝土險洞，长度分别为黄村水厂分水口、郭公庄水厂分水口以及预留首都新机场分水口，其中黄村水厂分水口设３计分水规模为６．５６ｍ／ｓ２ＤＮ１．６ｍ钢制郭公庄水厂，为条管道与南干渠输水隧洞相连；３分水口设计分水规模为１２．１５ｍ／ｓ２２．２ｍ，为条ＤＮ钢管与南干渠输水隧洞相连；预留３首都新机场分水口设计分水规模５．７９ｍ／ｓ，分水口采用ＤＮ２．２ｍ钢管以法兰封堵。沿线设置排气阀井４３座５。、排空井座、三通井１座和调压设施１处Ｐ／ｚＪｆ士－－．义ｊＴ＾ｉ＾Ｓｌ６．１８ｋｍｆ？Ｋｍ１Ｊ：＇融节池Ｊ：ｒ－－．Ｉ：、ＩＴＶ广图２，４南干渠工程总平面示意图ｉ．４ＳｋｅｈｍａｏｆｓｏｕｔｈｃａｎａｌｒｏｅｃｔｌａｎＦｇ．２ｔｃｐｐｊｐ５三大应急水源地（）三大应急水源地即平谷地下水应急水源地、怀柔地下水应急水源地以及张坊应急供水工程。－３－１ 北京市南水北调工程供水管网调度研究２２．本文研究范围及工程概化２．２．１本文研究工程范围？２０北京市南水北调供水系统分初期供水系统（２０１４年１０月１５年１２月）与中期供水系统（２０１６年后），本文针对初期供水系统进行研究。北京市南水北调工程初期供水系统包括：水源系统（２个地表水源、３个应急水源）（３、４条，输水系统条输水干线输水环路），调蓄系统（３个调蓄水库、２个调节池），用水户（７座水厂及河湖景观及地下回补），辐射状支线。（１）水源系统：北京市南水北调供水系统的水源分为地表水源和应急水源，其中地表水源包括南水北调来水和密云水库，应急水源包括张坊水源地、密怀顺水源地和平谷水源地。２）输水系统：（北京市南水北调工程输水系统包括三条输水干线以及一个闭合环路。输水干线包括长为８０ｋｍ的北京市南水北调干线工程、长为１０３ｋｍ的南水北调来水向密云水库调蓄工程以及长为６６￣？ｋｍ的密云怀柔第九水厂输水管线２１．３０ｋｍ的；输水环路包括长为？环路西线即北京市南水北调干线工程（大宁调压池团城湖）、长为２９．３０ｋｍ的环路＋？ｍ南线即即永定河倒虹吸南干渠工程（大宁调压池亦庄调节池）、长为８．２０ｋ的环路北线即团城湖至第九水厂输水工程以及长为４４．７０ｋｍ的环路东线即东干渠工程。（３）调蓄系统：北京市南水北调工程调蓄系统包括调蓄水库以及调节池，其中调蓄水库包括密云水库、大宁水库及怀柔水库；调节池包括大宁调节池和亦庄调节池。（４）用水户北京市南北调工程用水户包括沿线水厂及河湖景观。供水初期参与受水的水厂包括５２座现状水厂和座新建水厂．１河湖景观用水指通过干线工程、，水厂名称及规模见表２；南干渠、东干渠以及密云调蓄工程向沿线河道进行补水。－－１４ 雄３ＳＸ大学硕士学位论文表２．１初期水厂规模表Ｔａｂ．２．１Ｔｈｅｓｃａｌｅｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｗａｔｅｒｌａｎｔｓｐ＾水厂分类水厂名称现状规模（ｍ／ｓ）初期水厂规模（ｍＶｓ）目前实施情况第九水厂１９１＾田村水厂３．９４３．９４现状地表水厂第三水厂１７４１．７４．一０４９０．长辛店厂．４９．城子水厂０＾正在扩建新扩建水厂第十水厂已开工＾２．２．２工程概化综合考虑本文研究内容，对工程进行以下概化。（１）水源系统：本文所研究工况中沿线水厂需水均来自南水北调，因此水源系统中只有南水北调来水。２（）输水系统：①北京市南水北调干线工程北京市南水北调工程起点为惠南庄菜站，而菜站并非本文研究重点，因此将惠南庄录站简化为水源；北京市南水北调干线末端为８００ｍ明渠，本文所建模型均为有压管道，［＃］本文釆用等效糙率方法对此处进行简化，有效的避免了有压流和无压流的交替计算。②南水北调来水向密云水库调蓄工程南水北调来水通过京密引水渠反向输水，通过多级录站加压后最终将来水送入密云水库。由于数据有限，对京密引水渠向密云水库的输水管道进行简化，将京密引水处作为一个分水口，只起调节沿线水量平衡的作用，分水量代表向密云水库的输水量，而对于向密云水库输水时沿线粟站工作情况不进行研宄。？③密云怀柔？第九水厂输水管线。本文所研宄工况中水厂需水均来自南水北调，因此，对本条输水管线不做研究３（）调蓄系统本文研究工况中起调蓄作用的有大宁水库、大宁调节池以及密云水库。４）用水户（本文主要对沿线水厂的分水情况及工程关键节点的水头进行研究，因此北京市南水北调工程初期涉及的水厂为本文主要用水户，不考虑沿线河湖景观分水情况，又考虑到－－１５ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄、三水本文研究工况中长辛店水厂不分水，因此本文的用水户为第九水厂、田村水厂第厂、城子水厂、郭公庄水厂以及第十水厂６座水厂。－－１６ 大连理工大学硕士学位论文３北京市南水北调正常供水可行方案研究及优选调度方案是调度人员在工程运行过程中保障其安全运行的重要技术参考，做好北京市南水北调供水工程输水系统的调度方案研宄可全面提高其各种工况下的通水安全性。调度方案的优劣直接决定了能否在保证工程安全的情况下，按调度计划实时地将水输送到沿线各分水口。北京市南水北调工程调度过程中关键节点的水头必须满足相应供水工，况下调度规则的要求；为了保证管道安全稳定运行并行输水箱涵水压越接近越好，因此北京市南水北调工程的闹门调度问题是一个多目标优化问题。一多目标优化求解方法主要分两种：是将多目标优化问题转化为单目标问题，此时的目标函数往往是整体效益最优或以某一特定的目标效益最优作为目标函数，将其它目标作为相应的约束条件进行寻优，常用约束法、权重法、拉格朗日乘子法和隶属函数法一种方法是利用启发式算法通过求得Ｐ等方法；另ａｒｅｔｏ解集从而得到不同目标下最优方一案的非劣解集。目前，对于多目标问题求解方法中，启发式算法的有效性得到了致认一ＧＡ－可，其中非支配排序遗传算法ＮＳＩＩ是最具代表性的启发式算法之，并在多个领域的多目标求解问题中被广泛应用。北京市南水北调工程的水库、闹（录）站数量与约束条件较多，需同时考虑的目标－函数也比较复杂。本章釆用改进的遗传算法ＮＳＧＡＩＩ对正常供水工况闹门优化调度的多目标问题进行求解。首先对北京市南水北调正常供水工况的多目标优化问题进行求解得一到个非劣解集即Ｐａｒｅｔｏ解集ＤｉｓｃｏｖｅｒＤＶ软Ｐａｒｅｔｏ解集进行可视化，；然后利用ｙ件对１１个相对最优解即相对最优方案通过分析得到；最后基于可变模糊集理论对相对最优方案进行优选，以最优方案作为调度方案。３．１工况及问题描述供水系统调度模型是为水量调度系统服务的，是北京市南水北调供水调度工程的发动机。充分考虑北京市南水北调工程输水线路长、沿程过水建筑物类型和数量众多、节制阐和分水口等建筑物与水流的复杂作用，建立内边界长距离输水数学模型。在水量分配方案基础上，根据调度规则制定工程的稳定供水调度方案。一正常供水阶段是切工况的前提与基础，因此选择北京市南水北调工程正常供水工况进行模拟。北京市南水北调工程正常供水阶段参与的水厂包括第三水厂、田村山水厂、城子水厂、第九水厂、郭公庄水厂以及第十水厂６座水厂。正常运行工况输水时，需要根据调度原则以及输水流量和工程特性，调整闹门幵度使得管道流量满足沿线分水口需水要求，同时满足关键点水头要求。－７－１ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄（１）正常供水工况简介３南水北调中线来水４０ｍ／ｓ，惠南庄菜站加压，输水管道保持有压输水状态，沿线水３．１厂分水情况见表，环线输水情况如下：①西线一：北京市南水北调西线即总干渠进程段，总干渠来水经过大宁调节池路、向北，依次经过永定河倒虹吸卢沟桥暗涵、西四环暗涵至团城湖，输水管线长２１ｋｍ。３．７３ｍ／ｓ正常供水阶段，沿线第三水厂分水１，余水经过团城湖后，分别给城子水厂分水３３１．０ｍ／ｓ、田村山水厂分水１．９７ｍ／ｓ。此工况下北京市南水北调来水除保证沿线水厂分３水外，多余的１３．００ｍ／ｓ通过京密引水渠进入密云水库。？②北线：北京市南水北调北线即团城湖关西庄栗站段，南水北调来水经团城湖向北至龙背村，该段输水管线长４ｋｍ，龙背村向东至关西庄菜站，输水管线长８．３ｋｍ，３关西庄栗站分水给第九水厂，分水１６．５０ｍ／ｓ。：北京市南水北调东线即关西庄粟站至亦庄调节池．６ｋ。③东线，输水管线长１４ｍ沿线设第八水厂、第十水厂、通州水厂三个水厂分水口，正常运行工况下第十水厂分水３２．９０ｍ／ｓ。，其余两个水厂不分水④南线．２：北京市南水北调南线即大宁调节池向南至亦庄调节池，输水管线长２７ｋｍ，沿线设黄村庄水厂分水口、郭公庄水厂分水口以及预留首都新机场分水口，正常运＾２．９０ｍ／ｓ行工况下郭公庄水厂分水，黄村庄水厂以及新机场水厂不分水。此工况供水方式如图３．１所示。－－１８ 大连理工大学硕士学位论文－密云引水－－Ｖｒ．，Ｉ１—ｐ－—轩渠关西庄连１站ｓ０＾＾龙背村闹站ＡＩ城子水厂＿；＋０［Ｉ￣＾Ｈ田村山水ｒＯ＿＿，＿＿，隱舰涵，—＾ｉＨ十「）＾、Ｘ＂东Ｔ“ｎ州ｔ１＾环ｇ郭公庄水厂Ｔ南线上段Ｓｔｆ南抓段轩■、０亦庄、＂“＂＂＾＾））Ｐ—＾；＾节也Ｉ［‘十＇２＠３＞，引司ｉＳ永定河１号进水Ｉｌ４号〖司躺水厂ｅ水ｒ－酬Ｓ職水厂§水泉口调压地大宁调压：也＾３大宁栗站ａ—ｆＩＩｓ—Ｓ干渠工程中＋？ｌ一Ｚ—大宁调压一：也退水闹＾南平ＩＳ工桂团九工理惠南庄栗５占图３．１正常工况供水示意图Ｆ．．１Ｔｒｅｒｓｕｌｉｇ３ｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇａｍｏｆｎｏｍａｌｗａｔｐｐｙ表３．Ｉ正常供水阶段各水厂需水情况Ｔａｂ．１ｗａｔｒｒｅｕｉｒｅｍｅｎｎｅｓａｎｒｍａｌｗａｅｒｓｕｌ．３Ｔｈｅｅｑｔｉｔｈｔｇｅｏｆｏｔｐｐｙ水厂第九水厂第十水厂郭公庄水厂第三水厂城子水厂田村山水厂京密引水１１１．９７１３．００１６．５０２．９０２．９０．７３．００（ｍ／ｓ）（２）调度规则供水期间，永定河倒虹吸１号、４号进水闹全部开启，通过调节永定河倒虹吸２号、３号进水闹以及龙背村进水闹的开度调节供水环路进程段和南干渠段的水量分配，并确保以下几点：①大宁调压池水位保持在５５．５０ｍ左右（方案中此处水位为５５．５０±０．３０ｍ时为较优方案）；②团城湖水位保持在４９ｍ左右；③第九水厂分水口处水头不得低于４３．７０ｍ；④东干渠十厂分水口处水头不得低于４０ｍ；－－１９ 北京市南水北调工程供水管网调度研究⑤东干渠调压井水位不得高于４６ｔｎ。３．２模型建立（１）决策变量在整个调度过程中能直接改变的只有永定河２号进水阐、永定河３号进水间、龙背村闹３个阐门的开度，闹门开度直接决定着相应位置水头（水位）是否满足调度规则中３：的各个水位要求，因此把上述个闹门开度作为相应的决策变量（３．１）－＾—＾—＾（３．２）２ｍｉｎ２２ｍａｘ尤—＾—尤（３．３）３ｍｉｎ３３ｍａｘ其中：代表永定河２号间门的开度，表示闸门的最小开度，为闹门的最大幵皿度；＾代表永定河３号闹门的开度，＾表示闹门的最小开度，々为间门的最大开２２＆皿度；代表龙背村闸门的开度，表示阐门的最小开度，为闹门的最大开度。皿（２）目标函数根据调度规则，将大宁调压池水位及团城湖水位达到调度规则指定位置为目标。另外考虑到北京市南水北调工程干线进城段为两两并行供水的钢筋混凝土箱涵，将进城段左侧即连接西线的并行箱涵分别命名为Ｉ号箱涵（永定河１号闹门所在箱涵）、ＩＩ号箱涵（永定河２号闸门所在箱涵），连接南干渠的并行箱涵分别命名为ｍ号箱涵（永定河３号闸门所在箱涵）、ＩＶ号箱涵（永定河４号闹门所在箱涵）。根据调度规则，正常供水时永定河倒虹吸１号、４号进水间均保持全开，控制２号、３号间门开度，并且郭公庄水厂只由４号进水闸所在管道进行供水，此时，Ｉ号与ＩＩ号箱涵必然存在压差，同样ＩＩＩ号箱涵与ＩＶ号箱涵也存在压差。由于正常供水工况为长时间持续运行工况，若并行箱涵压差较大，，，高压箱涵必然会挤压低压箱涵使得低压箱涵受到损坏威胁供水系统的安全运行Ｉ。并行箱涵供水压差越小越有利于供水系统的安全运行，因此，将号、ＩＩ号输水箱涵的压差以及ＩＩＩ号、ＩＶ号输水箱涵的压差越小作为另两个目标函数。＝－ｉｎｉｎ／／ＸＸＸ（３…．４），，／ｉ（ｉ２３）仏Ｉ｜－２０－ 大连理工大学硕士学位论文ｒ＾＝ＸＸＸ－Ｈ（３．５）ｆ＾，（，？Ｊ，，），＾＼＝－ｍｉｎ／ｆ＾＾＾＾＾＾＾（．６／３＇ｉ＝３）３（？２３）４（＇２３）｜ｌｒｔ＾＝ＨＸＸＸ－ＨＸＸＸ（３．７）ｆ，，（？？，），｛？？，）＼＼其中ＸＸＸ２、３号进水闹以及龙背村进水阐的开度。”，分别表示永定河号ｉ３＾ｆ＼、／２均为在（＾１，工２，工３）下，与调度规则中的接近程度，越小表示越相近，为０时表示为最优闹门开度；／３为在（义１，尤２；）下，Ｉ号箱涵与１１号箱涵的压差；ｈ为在（尤１，义２，尤３）下，ＩＩＩ号箱涵与ＩＶ号箱涵的压差；ＨＸＸＸ；为在闸门开度ＸＸ下，通过ＥＰＡＮＥＴ计算所得的大宁调压池，，，＼，＾＾）（，，）水位；丑表示通过调度后，大宁调压池应该保持的相应水位，也可称之为大宁调压池目标水位，根据调度规则取５５．５０ｎｉ；丑２（：＾１，；＾２，工３为在闹门开度义１，义３下，通过ＥＰＡ＾ＪＥＴ计算所得的团城湖水位；）（）丑表示通过调度后，团城湖应该保持的相应水位，也可称之为团城湖目标水位，２，＊根据调度规则取４９．００ｍ；｛Ｘ＾，Ｘ？Ｘ，）ｙ，通过ＥＰＡＮＥＴ计算所得的Ｉ号箱涵水压；ｉＸ？Ｘ＾，Ｘ，）为在闹门开度（；＾１，义２，尤３）下，通过ＥＰＡＮＥＴ计算所得的ＩＩ号箱涵水压；１＾；义，Ｈ１＾为在闹门开度１下通过ＥＰＡＮＥＴ计算所得的ｍ号箱涵，，，（，＾，，２３）（】３）水压；７＾６（不，为在闹门开度（不，尤２，尤３）下，通过ＥＰＡＮＥＴ计算所得的ＩＶ号箱涵水压；（３）约束条件根据调度规则，将九厂分水口处水头、十厂分水口处水头以及东干渠调压井水位作为约束条件。①第九水厂分水口处水头不得低于４３．７０ｍ。即：（３．８）２１ 北京市南ｚｌｃｌ匕调工程供水管网调度研宄／／７（义１，尤２，尤３）为在阐门开度（」、，Ａ，ｌ３）下，通过ＥＰＡＮＥＴ计算所得的第九水厂分水口处的水头；开表示该调度规则下，第九水厂分水口处的最低限制水头，本章取４３．７０ｍ。，②十厂分水口处水头不得低于４０ｍ。即，Ｈ，｛Ｘ，，Ｘ，，Ｘ，）＞Ｈ，＾（３．９）丑不，尤２，尤３）为在闸门开度（尤１，工２，尤３）下，通过ＥＰＡＮＥＴ计算所得的十厂分水口处水头；。表示该调度规则下，十ｒ分水口处的最低限制水头，本章取４０ｉｎ６ｍ。即③东干渠调压井水位不得高于４，＾９—＾９＜ｔｏｗＢ（３．１０）＾＾９（义１，尤２，尤３）为在间门开度」１１，义２，义３）下，通过ＥＰＡＮＥＴ计算所得的东干渠调压（井水位；＾＾。，，６ｍ９＜＾＿表示该调度规则下东干渠调压井水位的最低限制水位本章取４３．３模型求解３－．３．１ＮＳＧＡＩＩ算法及原理－ＮＳＧＡＩＩ是通过对遗传算法（ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）的改进发展而来的。Ｓｒｉｍｉｖａｓ等人在１９９４ＳＧＡＧＡ是先年首先提出了Ｎ算法，ＮＳ根据个体的支配关系进行分层，然后再选，这种算法的优点就是能够对多个目标进行优化ａｒｅｔｏ择算子进行执行，由于Ｐ解集分布均勾，因此，允许多个不同等效解同时存在，但是该算法计算效率比较低。２０００年，一—Ｄｅｂ等提出了的ＮＳＧＡ的改进算法ＮＳＧＡ－ＩＩ。ＮＳＧＡ－ＩＩ是在第代算法的基础上改进而来，主要体现在以下几方面：（１）提出了快速非支配排序算法，不但使得计算复杂度得到降低一代种群就是从双倍空间，同时通过父代种群与子代种群的合并，这样下中选取所得，使得所有最优秀个体得到保留，；（２）引进精英策略保证优良种群个体３）在进化过程中不被丢弃，优化结果的精度得到提高；（采用拥挤度和拥挤度比较算一Ａ中子，方面克服了ＮＳＧ人为指定共享参数造成的缺陷，同时还能保证种群多样性。３－．３．２ＮＳＧＡＩＩ算法流程－ＩＩＮＳＧＡ算法流程：（１）快速非支配排序－２２－ 大连理工大学硕士学位论文首先对父代种群进行初始化。将种群中完全，对所有个体进行快速非支配关系排序不被支配的个体将存入当前集合尸１，将受集合中个体支配的解放到集合Ｆ２中，最后一级非支配个体集，，直至所将作为。并对尸２做分级操作且赋予相应的非支配序有个体均被分级。（２）拥挤度计算拥挤度的计算直观上可用个体／周围仅包含个体／的最大长方形来表示，如图３．２。所示。平均拥挤距离越大可以使种群个体的空间分布越广，种群多样性得到保持？０〇？〇〇Ｉ，？．丨！／＋！％：＞／丨图３．２个体／的拥挤度Ｆｉ．３．２Ｔｈｅｃｒｏｗｄｅｄｄｅｒｅｅｏｆｅｎｅｔｉｃｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｉｇｇｇ一（３）产生下代种群基于拥挤距离和快速非支配排序两个准则实行的竞争选择机制进行父代样本的选择，，拥挤距离大、非支配序号小的个体优先被选为父代样本。子代则通过交叉突变产生对于新生成的父代种群与子代种群组合，再次对其进行非支配关系排序以及拥挤度的比一较，．。ａｖａ，通过排序将其中最优的《个个体选为下代种群如图３３所示利用Ｊ语言编－Ａ－ＮＳＧＡ，３ＩＩ的计．４为ＮＳＧＩＩ制算程序，用来求解北京市南水北调工程优化调度模型图计算流程。－－２３ ．北京市南水北调工程供水管网调度研宄快速非支配排序拥挤度排序Ｐ們网ｍ—１＿＿＿“＂一不合条件，淘汰Ｌ—１Ｉ）—及—，ＮＳＧＡ－３ＩＩ图．３计算流程图－ＦｉｒａｍｏｆＮＳＧＡＩＩｇ．３．３Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｄｉａｇ－２４－ 大连理工大学硕士学位论文；＜、设置参数和变量范围Ｉ初始化父代种群Ｎｏ一—－成第代子—？非支配排序１——、、、丑丄蘇选择交叉变异进化代数ＰＧｅｎ＝２４＿＿＿父、子代个体合并＾Ｎ。；＞＜成新父种群？快速非支配排序＾＿Ｊ＿＿＜￥二＞．＾＝ＧＧｅｎｅｎ＋ｌ１Ｉ厂Ｙｅｓ丁‘拥挤度计算选择、交叉、变异＾‘ｆｊＬ选择合适个体组成Ｙｅｓ新父种群ｎ小于最大代数＜１；＾ＮｏＴ结束＼）３－图．４ＮＳＧＡＩＩ算法的计算流程图Ｆ－ｉｇ．３．４ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆＮＳＧＡＩＩｐ￣２５－ 北京市南水北调工程供水管网调度研究３．４可行方案研究及优选ＮＳＧＡ－ＩＩ本文针对正常供水工况在相应调度规则约束下，利用算法得出多组可行方一，得出组最优方案作为调度方案案；基于可变模糊集理论对方案进行优选，为工程调度及运行管理提供参考。３．４．１可行方案研究一－根据北京市南水北调工程正常供水工况调度规则，通过ＮＳＧＡＩＩ算法得到个非劣解集即Ｐａｒｅｔｏ解集，该解集中的方案均为可行方案。分析目标函数结果发现，目标函数２的值均为０—，表示模拟所得团城湖水位与调度规则要求（４９ｍ）致，说明所得解对于目标函数２而言均为最优解，因此对可行方案进行分析及优选时只需考虑另外三个目标函数即可。本文利用ＤｉｓｃｏｖｅｒｙＤＶ软件对Ｐａｒｅｔｏ解集即可行方案进行可视化，见图３．５（ａ）。图中ｇｏａｌｌ表示目标函数１即模拟所得大宁调压池水位与调度规则要求值（５５．５０）的绝对值；ｇｏａｌ３表示目标函数３即Ｉ号箱涵水压与ＩＩ号箱涵水压的绝对值；ｇｏａｌ４表示目标４－函数即ＩＩＩ号箱涵水压与ＩＶ号箱涵水压的绝对值。图３．５（ｂ）３．５（ｄ）为只考虑两个目标时得到的Ｐａｒｅｔｏ前沿解，左侧图例表示第三个目标在Ｐａｒｅｔｏ前沿解中的表现，Ｐａｒｅｔｏ前沿解表示相对所考虑的目标均比较优的解。图３．５（ｂ）为只考虑目标１和目标３时得到的５个Ｐａｒｅｔｏ前沿解，图３．５（ｃ）为只考虑目标１和目标４时得到的７个Ｐａｒｅｔｏ３．５３ａｒｅｔｏ。前沿解，图（ｄ）为只考虑目标和目标４时得到的４个Ｐ前沿解分析上述Ｐａｒｅｔｏ前沿解发现其中有５个解同时为两个图中的Ｐａｒｅｔｏ前沿解，因此最终得出１１个Ｐａｒｅｔｏ前沿解即１１个相对最优方案，各方案目标函数值见表３．３。－２６－ 大连理工大学硕士学位论文ｏａＷｏｏＷ？ｇｇ■：ＩＩＩＩ＇－：？：Ｖ＊？：如：义、：／ＩＴ，、Ａ｜丨：ＪＩ谈＞ＣＳ＜＊３４０，—＿￣－Ｉ说＊１，丨？￣￣Ｌ°：ｔ００００４００８０ｔ？？０？００ｂａ（）（）９ｏａｉｉ３Ｑｏａ！；ｇｏｄｌ三。Ｏ画『‘‘＇＾，初１ＩＩＩ０７０－Ｉ＂？ｉ｜ＩＴＥ■Ｉ０５４。ＣＭＯ装：＂ａ二Ｉ■ＯＭ？＊Ｂ＜Ｂ－＞Ｂ－Ｂ＂ＯＯＯ，ＡＩ‘‘‘‘？１丄２＊００００？００４０１０ｌ０３＊０Ｓ４０Ｔ？ＯＭ１（０％Ｍ２ｅｏ７００ｃｄ（）（）Ｑｏａｉ３‘ｇｏａｄ图３．５Ｐａｒｅｔｏ解集及不同目标的Ｐａｒｅｔｏ前沿解ｉｆｆｅｒｅｎｌＦｉ．３．５Ｐａｒｅｔｏｓｅｔａｎｄｔｈｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｄｔｏａｓｇｇ－２７￣ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄表３．３相对最优方案目标函数值Ｔａｂ．３．３Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｏｐｔｉｍａｌｏｂｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｊ方案ｇｏａｌｌｏａｌ３ｏａｌ４ｇｇ方案１０４＾８方案２０．０１０．６８４．７２方案３０．２３０．６４３．６１方案４０．７４０．４６３．５６方案５０．８２０．３８３．０９方案６０．０６０．９２３．９９方案７０．０９１．１８３．８０方案８０．１００．７２３．０８方案９０．９３０．６０３．０５方案１０１．．６８０６５２．９６方案０３．０８１１＾３．４．２基于可变模糊集理论的方案优选将相对最优方案中的目标函数值作为评价指标进行可变模糊优选（指标ＸＩ代表目标Ｘ函数１，Ａ代表目标函数３３，代表目标函数４），得出最优方案。（１）计算指标特征值矩阵由表３．３可得特征值矩阵：－＇００．０１０．２３０．７４０．８２０．０６０．０９０．１００．９３１．６８１．３６＝Ｘ０．９８０．６８０．６４０．４６０．３８０．９２１．１８０．７２０．６００．６５０．５２４．１８４．７２３．６１３．５６３．０９３．９９３．８０３．０８３．０５２．９６３．０８本文选取上述３个指标均为越小越忧。由文献［４１］中公式－ｍａｘｘＸ．／，ｒ．．”（３１）－ｍａｘｘ．ｍｉｎｊｃ．＾，得到指标特征值规格化矩阵“＂１０．９９０．８６０．５６０．５１０．９６０．９５０．９４０．４５００．１９Ｒ＝０．２５０．６３０．６８０．９０１．０００．３２００．５８０．７２０．６６０．８２０．３１０．０００．６３０．６６０．９３０．４１０．５２０．９３０．９５１０．９３（２）确定指标权重一３￣３给出项指标重要性的二元比较排序矩阵（①③依次表示项指标），并经致性检验无误：－２８－ 大连理工大学硕士学位论文①②③总和排序＇１２０．５１０１．５Ｅ＝００．５００．５３１１０．５２．５１Ｊ由矩阵五可知Ｘ３的重要性排序为１；ＸＩ的重要性排序为２；Ｘ２的重要性排序为３。４２】［通过二元比较并参考陈守煜教授提出的模糊语气算子，计算得到３项指标的非归一化权向量：＝０．６７０．２５１（，，）？一３将向量归化，得到项指标的权重：ｗ＝０．３５０．１３０．５２，，（）（３）方案优选１１应用可变模糊优选模型，分别计算个方案的相对优属度向量：＝＝①《１，ｐｌ时，方案相对优属度向量＝ｕｉ（０．５４，０．４３，０．７２，０．６６，０．７９，０．５９，０．６０，０．８９，０．７５，０．６１，０．６６）；＝＝②ａｌ，ｐ２时，方案相对优属度向量＝Ｕ２（０．５１０．４００．６９０．６４０．７５０．５６０．６００．９００．７３０．６０，０．６４，，，，，，，，，）；③＝＝ａ２，ｐｌ时，方案相对优属度向量Ｕ＝（０．５８．．．．．．．．．１．，０３６，０８７，０７８，０９４，０６８，０７０，０９８，０９０，０７，０７９）３；＝＝④《２，ｐ２时，方案相对优属度向量＝Ｕ４（０．５１，０．３２，０．８３，０．７６，０．９０，０．６２，０．７０，０．９９，０．８８，０．７０，０．７６）；四种模型得出的方案相对优属度排序较为稳定，取四种模型得出的方案平均相对优属度向量为：－＝（０．９４．８．．．５４，０．３８，０．７８，０．７１，０．８５，０．６１，０．６５，０，０１，０６５，０７１）１１对个方案按照平均优属度大小排序，得＞＞＞＞＝方案８（０．９４）方案５（０．８５）方案９（０．８１）方案３（０．７８）方案４（０．７１）＞＝＞＞＞（０．（０．６（０．６方案１１７１）方案７５）方案１０（０．６５）方案６１）方案１（０．５４）方案２（０．３８），明显方案８为最优方案。３．４．３最优方案调度结果展示利用方案８进行调度时各间门幵度为：永定河倒虹吸１号进水闹与４号进水阐全开，开度为３．８ｍ；永定河倒虹吸２号进水闹部分开启，开度为１．１４ｍ；３号进水阐部分开启，－２９－ 北京市南水北调工程供水管网调度研究开度为０．１９ｒｎ右侧检修闹关闭４；郭公庄，使永定河倒虹吸号进水闸流量全部供郭公庄０．５４ｍ水厂；龙背村闸门部分开启，开度为。利用方案８进行调度时工程水位、流量示意图如图３．６所示。ｎ宗密引水（１３．００ｍ？ｓ〕＾龙宵村闹＾“】／ｓ５＞５５ｍ／ｓ１？（１０＾３ｍ）／＾（）（ｓ）＇１６．５０ｍＶ．ｓ．４４．ｎｍ（）＇３－５５ｍ／ｓＰ）ｉ】５＿５５？ｎ／ｓ＠ｋ（））￣２？＇团城湖（．９２ｍ＾ｓ．９．００ｍｒ＼／４）（ｌ》７ｍ＂ｓ）１＾Ｈ２．９０ｍ．Ｓ４４．Ｔ３ｍｊ（）＇８．４５ｍＶｓ（）（ｌＪ３ｍ＂ｓ）５＿９Ｗ／ｓ１２ａ）（．响一Ｔ—亦庄分水口＇８．４５ｍＶｓ（）Ｓ－４５ｍ＂ｓ＼（＞东干渠调压井□，｜＾５５３＾２５０ｍＶ＇（４５．８如）ｓ（）河倒虹吸Ｓ４号闹１＾大宁调压地（５５．？）ｍ＞＾ＰＣＣＰｔｉＳｉＳＷＯｍ／ｓ惠南庄）栗图３．６方案二全线水位、流量示意图Ｆｉ．３．６Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｒａｍｏｆｌｅｖｅｌａｎｄｆｌｏｗｆｏｒｓｃｈｅｍｅ２ｔｈｇｇ从图３．６看出，正常供水稳定时大宁调节池水位为５５．６０ｍ，东干渠调压井水位为４５．８４ｍ，十厂水头为４４．７３ｍ，第九水厂水位为４４．１１ｍ，均满足调度规则的水位限制要求。３．５结论本章利用带精英策略的非支配排序遗传算法ＮＳＧＡ－ＩＩ算法对北京市南水北调正常一ａｒｅ供水工况中的多目标问题进行优化，得出个Ｐｔｏ解集即多组可行方案。然后利用－３０－ 大连紅大学硕士学位论文ＤｉｓｃｏｖｅｒＤＶａｒｅｔｏ三组Ｐａｘｅｔｏ前沿解集共１６ｙ软件对Ｐ解集进行分析，得到两两目标下的５Ｐｔｏ１１ａｒｅｔｏ前个，其中个解同时分布在某两组ａｒｅ前沿解集中，经分析最终得出个Ｐ沿解即１１组相对最优方案。最后基于可变模糊集理论对１１组方案进行模糊优选。结果０．８５４表明，方案８在可变模糊优选４个模型中优属度均为最大，且都在以上；个模型“＂平均优属度为０．９４８，，用模糊语气来描述可认为方案为非常好方案。因此将该方案作为正常供水工况的调度方案。－３－１ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄４北京市供水管网参数敏感性分析及不确定性分析水动力学模型的不确定性根据其来源可分为输入不确定性、模型结构不确定性以及模型参数不确定性，本文所用模型均假定为确定性模型。建模过程中管道粗糙系数、间门局损系数等参数根据经验或实验取值，但是参数估计、参数实测以及实验等过程的不４３４４［，］因此需要对模型进行不确定性分析确定性严重影响模型模拟及优化结果的可靠性，。本章首先使用Ｓｏｂｏｌ方法对北京市南水北调工程调度模型的参数敏感性进行分析，然后分析了敏感参数不确定性对目标函数的影响。通过对各参数敏感性及不确定性分析，找出对供水系统影响相对较大的参数，在实际模拟过程中保证此类参数取值的准确性。４．１参数的敏感性分析敏感性分析是定性或者定量地研宄模型输出结果受各因素变化的影响程度。通过对模型的敏感性分析，能够得到对模型结果变化影响最为明显的参数以及各参数间的相互作用等。４５４６［，］敏感性分析主要有两种方法，即局部敏感性分析和全局敏感性分析。局部敏感一阶偏导数关系上的性分析是建立在计算模型输出和参数的，这对模型取值邻域的可导性提出了要求，因此局部敏感性分析的结果可能不能很好地代表整个参数的取值范围的敏感程度。尽管全局敏感性分析方法需要的计算量较大，但随着计算机技术的不断发展，全局敏感性分析渐渐取代了局部敏感性分析，其主要优势体现在：（１）可以获取参数４７］［之间的相互作用；（２）得到的结果更加接近于实际情况；（３）可以用于非线性模型。４８］丨目前常见全局敏感性分析方法包括ＦＡＳＴ法、Ｍｏｒｒｉｓ法、Ｓｏｂｏｌ法、ＧＬＵＥ法、Ｅｘｔｅｎｄ４９［ＦＡ］ＳＴ法以及基于ＡＮＮ的权值分析法等。其中Ｓｏｂｏｌ方法具有形式简单、计算简便５９［］等优点，是最具代表性的全局敏感性分析方法。４．１．１Ｓｏｂｏｌ方法Ｓｏｂｏ一ｌ方法是种基于方差分解的全局敏感性分析方法其核心是将目标函数的总方差分解成单个参数的方差和参数间相互作用产生的方差。该方法已经广泛应用于环５２－５４［］境、经济、社会等领域大型模型中。；＝Ｘ＝Ｘ．．．假设模型可以表示为：＞；＾，其中，函数；／（）／（，，Ｊ为模型输出的目标，Ｊ．．＾；＾．尤＝力；可以作如下分解：；为模型的参数。那么的方差Ｄ＾，）；Ｏ）－二？？？Ｄｙ＋＋＋（４．１）ｉ）ＡｌＹＡｉ＜＜ｋ／ＪｉＪ＜－３２－ 大连理工大学硕士学位论文式中／３ｉ、：Ａ为参数ｉ的方差；Ｄ和ｙ相互作用的方差；Ｄｉｊｋ为个参数ｉｊ为参数ｊＤ一和炎相互作用产生的方差同作用产生的方差。将式（４．１）；ｉ，个参数共归，２化即可得到各参数的敏感性和参数之间相互作用的敏感性：‘ＤＤｒｉｌｉｙ）如Ｍ｛ｙ）对于参数／可得到以下指标：一（．阶敏感度：４３）＝二阶敏感度：＾（４．４）０＾（４．５）总敏感度：一？二式中：阶敏感度＜５相互作用，为参数Ｍ乍用的敏感度；阶敏感度为参数／和＿／？＋的敏感度＜Ｓ／之外；总敏感度７＞为参数Ｚ主要作用和相互作用的敏感度；为除了参数的参数的方差。４．１．２目标函数、本节以正常运行工况为例，根据调度规则将大宁调压池水位、九厂进厂处水头十厂进厂处水头、东干渠调压井水位作为目标函数。４１．．３参数敏感性分析本节以北京市南水北调供水为工程背景，以正常供水工况为例，使用Ｓｏｂｏｌ方法对其参数敏感性进行分析。北京市南水北调工程建模过程中，根据工程特性将全线分为ＰＣＣＰ管道、西四环（本文将大宁调压池至团城湖段统称为西四环）、团九、东干渠和。南干渠５段水力计算过程主要是水头损失的计算，而粗糙系数是影响管道水头损失的５５５６［，］２重要参数。另外，正常供水阶段对永定河倒虹吸号、３号进水闹以及龙背村进水阐开度进行了控制一，而计算过程中闸门局部损失系数、淹没系数等参数的选择也具有定的经验性，因此以闹门处的水头损失来表现阐门各相关系数对供水系统的敏感性。因此，本节以大宁调压池水位ＨＩ、九厂进厂处水头Ｈ２、十厂进厂处水头Ｈ３以及Ｈ４，Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、．东干渠调压井水位为目标函数分析了上述五段管道的粗糖系数（－－３３Ｉ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄Ｗ４和Ｗ５）和三个阐门调度过程中产生的损失（Ｗ６、Ｗ７和Ｗ８）对不同目标函数的敏感性。各参数物理意义及相应取值范围见表４．１。表４．１模型参数及其取值范围Ｔａｂ．４．１Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｒｖａｌｕｅｒａｎｅｏｆｍｏｄｅｌｇ参数物理意义上限下限＂＂“ｍｐｃｃｐ管道粗糙系数Ｗ２西四环管道粗糙系数０．０１７０．０１１Ｗ３０．０团九管道粗糖系数１７０．０１１Ｗ４东干渠管道粗糙系数０７０．０１１．０１Ｗ５南干０１渠管道粗糙系数．０７０．０１１Ｗ６永定河３号闹门损失（ｍ）９．８８３．４５Ｗ７永定河２号闹门损失（ｍ）４．０５】．０２Ｗ－８龙背村闹门损失１８０（ｍ）＾一８４４？模型中个参数对个目标函数的阶敏感度和总敏感度分布情况见图．１４．５。柱“”一状图的红色部分为参数的相互作用，即Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ蓝色部分为，；阶敏感度即＂＂－ＦｉｒｓｔＯｒｄｅｒ，两部分之和为参数的总敏感度５７，结果指定总敏感度超过。参考文献［］０％－阈值１（图４．１４．４中虚线所示）的参数为敏感参数。一（１）阶敏感度和总敏感度分析１＿．．Ｑ■■■■■ｎｔｅｒａｃｔｏｎｓＩｉ０９－＿■■■－０８ＦｒｉｓｔＯｒｄｅｒ．？０．７七１０％阈值０．６－ｍ０．５■Ｉ－－…ｉ０：；Ｗ１Ｗ２Ｗ３Ｗ４Ｗ５Ｗ６Ｗ７Ｗ８４一图．１８个参数对大宁调压池水位的阶敏感度和总敏感度图－Ｆ．４１Ｆｉ．ｉｒｓｔｏｒｄｅｒａｎｄｔｏｔａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｏｆ８ａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒＤａｎｎｕｖｅｇｙｉｓｒｅｔａｎｋｌｅｌｐｇｇ－３４＿ 大连理工大学硕士学位论文由图４．１看出，以ＨＩ（大宁调压池水位）为目标函数时，敏感参数有Ｗ２（西四环管道粗糙系数）、Ｗ７（永定河２号间门损失）、Ｗ６（永定河３号闹门损失）三个。这一是因为般维持在４９．００ｍ不变。Ｗ７影响到西四，供水系统运行过程中，团城湖水位环右侧管道的总水头损失，从而导致大宁调压池水位的变化，此处产生的损失越大，大宁调压池的最终水位越低—；反之则越高。Ｗ６方面通过影响南干渠总水头损失来影响一０ｍ方面由于永定河４号闹门维持２．９Ｖｓ恒定不变Ｗ６越大大宁调压池水位，，进；另入南干渠的流量越少，导致西四环管道流量增大，影响西四环沿程水头损失，从而影响大宁调压池水位。Ｗ２的变化直接影响大宁调压池至团城湖段管道水头损失的改变，从而导致大宁调压池水位发生变化。１．００．９－■■■■Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ■■０－．８ｍｍｍＦｒｄｅｉｓｔＯｒｒ０－．７－“－１０％阈值■０６－．■－＾０．５■０■Ｌ．４■０－．３■０－．２■－０．１ＨＩ‘‘‘￣￣‘‘￣￣０‘‘．０Ｗ１Ｗ２Ｗ３Ｗ４Ｗ５Ｗ６Ｗ７Ｗ８一图４．２８个参数对九厂进厂处水头的阶敏感度和总敏感度图－ｒａｒｓＦｉｉａｎｄｔａｌｓｉｔｉｖｉｏｆ８ａｍｅｔｅｆｏｒＮｉｎｅｌａｎｔｓｈｅａｄ．４．２Ｆｒｓｔｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｔｙｐｇｐ图４．２表明，当以Ｈ２（九厂进厂处水头）为目标函数时，敏感参数为Ｗ８（龙背村闹门损失）。供水过程中团城湖水位维持４９．００ｍ不变，Ｗ８越大，团九管道产生的总，Ｈ２必然越低水头损失越大；反之则越高。－３５－ 北京市南水北调工程供水管网调度研究１．０Ｉ－■■■ｉｎｔｅｒａｃｔｏｎ０．９Ｉｉｓ－０－．８ｍｍｍＦｒｉｓｔＯｒｄｅｒ０．７１０％阈值｜ＢｔＫ０．６■！。ｓ＿芒Ｉ０■＋．４■－０．３圓？０．２＿－－０．１翻■￣■■￣Ｉ１＂“Ｉ￣＿＿＿＿Ｉ￣￣￣—ＨＩ＿＿Ｉ■０．０Ｗ１Ｗ２Ｗ３Ｗ４Ｗ５Ｗ６Ｗ７Ｗ８４一图．３８个参数对水厂处水头的阶敏感度和总敏感度图ｒｓ－Ｆｉ．４．３Ｆｉｔｏｒｄｅｒａｎｄｔｏｔａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｏｆ８ａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｔｅｒｈｇｙｐｗａｗｏｒｋｓｅａｄ图４．３看出，当目标函数为Ｈ３（十厂进厂处水头）时，敏感参数为Ｗ８（龙背村闹门损失）。团城湖水位维持４９．００ｍ不变，Ｗ８发生变化时，导致Ｈ２（九厂进厂处水头）发生变化，九厂进厂节点作为团九管道与东干渠供水管道的交汇点，九厂进厂节点水头变化，必然导致Ｈ３的变化。１．０Ｉ－■■■■０Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．９ｓ？０－．８ＦｒｉｓｔＯｒｄｅｒｏ＿７４ｋ１０％阈值－１￡０．６！－－１－Ｉ－Ｈ０．４■０－■．３０－．２謎圓■０．１＿＿＿＿■■０１＿ＨＩＩＥｌＩ＿Ｉ＿＊１＿Ｉ＿Ｈ＿Ｉ＿Ｈ—．０Ｗ１Ｗ２Ｗ３Ｗ４Ｗ５Ｗ６Ｗ７Ｗ８一图４．４８个参数对东干渠调压井水位的阶敏感度和总敏感度图Ｆ－ｉｇ．４．４Ｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒａｎｄｔｏｔａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｏｆ８ａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｅａｓｔｃａｎａｌｓｕｒｅｔａｎｋｌｅｖｅｌｙｐｇ－３６－ 大连理工大学硕士学位论文分析图４．４得出，以Ｈ４（东干渠调压井水位）为目标函数时，敏感参数为Ｗ６（永定河３号闹门损失）和Ｗ８（龙背村闹门损失）。这是因为Ｗ６的变化直接影响南干渠一全线总水头损失的变化一Ｈ４，方面通过影响ＨＩ（大宁调压池水位）间接影响；另方面，当ＨＩ恒定不变时，Ｗ６越大，南干渠总水头损失越大，Ｈ４越低，反之则越高。供水系统运行过程中团城湖水位维持４９．００ｍ不变，Ｗ８越大，团九沿线的总水头损失越大，导致Ｈ２（九厂进厂处水头）越低，，东干渠调压井作为九厂的上游此处水位势必受到影响。以上结果分析表明：北京市南水北调供水系统调度模型的参数敏感性对于不同目标，各参数存在较大的不确定性函数有不同的表现程度。参数Ｗ２（西四环管道粗糖系数）、Ｗ６（永定河３号闹门损失）、Ｗ７（永定河２号阐门损失）以及Ｗ８（龙背村闹门损失）对目标函数的敏感度要远远高于其他参数。参数Ｗ２、Ｗ７对目标函数ＨＩ（大宁调压池水位）比较敏感；参数Ｗ６对目标函数ＨＩ、Ｈ４（东干渠调压井水位）比较敏感；参数Ｗ８对目标函数ＨＩ、Ｈ２（九厂进厂处水头）、Ｈ３（十厂进厂处水头）和Ｈ４（东干渠调压井水位）均比较敏感。４．２参数的不确定性分析为了研究参数的不确定性对模型结果的影响，本文以目标函数ＨＩ（大宁调压池水位）、Ｈ４（东干渠调压井水位）为例进行研宄。调度规则要求目标函数ＨＩ保持在５５．５０５５００５ｍ５５？，ｍ左右，本文取５．±．即．００５６．００ｍ为合理结果目标函数；根据调度规则Ｈ４小于４６ｍ为合理。１４．１（）图显示，目标函数ＨＩ的敏感性参数为Ｗ２（西四环管道粗糙系数）、Ｗ６（永定河３号闹门损失）、Ｗ７（永定河２号闸门损失），因此研宄上述三个参数的不确定性对ＨＩ的影响，见图４．５。．５（ａ）２、Ｗ６７（ｂ）为图４为参数Ｗ与Ｗ对目标函数ＨＩ的不确定性影响。图４．５图４．５（ａ）在Ｗ２与Ｗ６平面上的投影，图４．５（ｃ）为图４．５（ａ）在Ｗ２与Ｗ７平面上的投影。图４．５（ｄ）为图４．５（ａ）在Ｗ６与Ｗ７平面上的投影。．５（ｂ）显Ｉ２图４示Ｈ随Ｗ的增加逐渐变大，ＨＩ随Ｗ６的增加逐渐变大但上升趋势较不明显，说明参数Ｗ２对目标ＨＩ的影响要大于参数Ｗ６影响；同样，图４．５（Ｃ）显示参数Ｗ２对目标ＨＩ的影响大于参数Ｗ７的影响，说明对于目标ＨＩ而言，管道挺率Ｗ（Ｗ２）的影响要大于间门参数（Ｗ６、Ｗ７）的影响．３２，与４１．小节中参数对目标ＨＩ一＜４．５（ｂ）２＜０．０１２５６．５Ｉ的敏感性最强结果致且Ｗ６，。图显示：当Ｗ时目标函数Ｈ５５？Ｗ＞Ｗ６．００５６．００ｍ）之内２０１５５结果几乎不在合理范围（ｍ．０，；同样当时无论取何３７ 北京市南水北调工程供水管网调度研究值，目标函数ＨＩ均得不到合理结果；上述区间之外，Ｗ２取较小值同时Ｗ６取较大值时ＨＩ可求得合理结果；Ｗ２取值较大同时Ｗ６取值较小ＨＩ结果在合理范围之内。图４Ｃ）显示当Ｗ２＜０．０１２５Ｗ７＜２．５时ＨＩ的值几乎不在合理范围．５（且，目标函数￣＞（５５．Ｉ．００ｍ５６．００ｍ）之内样当Ｗ２００１５５时；；同目标函数Ｈ几乎不在合理范围之内上述区间之外，Ｗ２取较小值同时Ｗ７取较大值目标函数ＨＩ可求得合理结果；Ｗ２取较大值同时Ｗ７取较小值目标函数ＨＩ可求得合理结果。Ｗ７的增大基本呈增大趋势图４．５（ｄ）显示目标函数ＨＩ随Ｗ６、，但是趋势较不明显。说明两个参数对目标函数单独作用的不确定性较小，二者对目标函数的影响主要是一由各参数间的相互作用造成的．１．３致。，这与４节中目标ＨＩ的参数敏感性分析结果（ａ）ｍｌＵｎＴｆＪｉｉｂ）‘３＾２０９１ｗ？的２刚ｍｆｌｉｔｊｍ￥６１７ｍ三■费其ＳｆｔＳｔ舌（ｃ）ＨＩＨｌｉ＾Ｉ＊ＳｔＳ（ｄ）ＨＩ，ｍｍｆ纖：喪Ｊｉ、■纖：Ｉ、為纖＿ｔｉＨ？＾３Ｓｎ６７？５口ｉｄＷｍｍ０１Ｉ５６；Ｉ？４、Ｗ７图．５Ｗ２、Ｗ６对ＨＩ的不确定性影响Ｆ．４．５ＴｕｎｃｅｒａｉｎｃＷ２、ＷＷ７ｔＨＩｉｇｈｅｔｔｙａｆｆｅｔｏｆ６、ｏ－－３８ 大连理工大学硕士学位论文（２）４．１．３节中分析得出目标函数Ｈ４（东干渠闹门损失）的敏感参数为Ｗ６（永定河２号闹门损失）、Ｗ８（龙背村闸门损失），因此研究上述两个参数的不确定性对Ｈ４的影响．６显示Ｈ４随着Ｗ６、Ｗ８的增加而减小。图４．６中右上区域，结果见图４，图中即Ａ区Ｈ４的结果均满足调度规则要求，Ｈ４满足要求时Ｗ６最小值为４．８４，Ｗ８最小值为２．４７，图中显示Ｗ６、Ｗ８同时取最大值时目标函数Ｈ４结果最小为４４．８ｍ。图４．６中右下区域即Ｂ区为目标函数Ｈ４不满足调度规则的情况。因此Ｗ６、Ｗ８只要在右上区域取值即可。：．國Ｉ：４５６７８９１０Ｗ６图４．６Ｗ６与Ｗ８对Ｈ４的不确定性影响Ｆ．４．６ＴｈｅｌｕｅｎｃｅｆＷ６ｎｄＷ８ｎｔｈｅｕｎｃｅｒｉｎｏｆ４ｉｇｉｎｆｏａｏｔａｔｙＨ在供水管网模型的基础上进行不确定性分析一步深入理解模型输入参数与，可以进模型输出结果之间的关系一。随着管道长时间运行使用，管道糖率会发生定的变化，当调度规则不变时，若要满足调度规则要求需要重新对闹门调度情况进行计算。４．３结论本章首先简要介绍了模型不确定性的来源以及参数敏感性与不确定性的联系；然后使用Ｓｏｂｏｌ方法对北京市南水北调工程调度模型的参数敏感性进行分析；最后选择其中比较敏感的参数，分析了参数的不确定性对模型结果的影响。主要成果有：－３９ 北京市南水北调工程供水管网调度研究（１）根据工程调度规则以及模型参数输入情况，选择大宁调压池水位（ＨＩ）、九厂进厂处水头（Ｈ２）、十厂进厂处水头（Ｈ３）以及东干渠调压井水位（Ｈ４）为目标函数，ＰＣＣＰ管道粗糖系数（Ｗ１）、西四环粗糙系数（Ｗ２）、团九粗糖系数（Ｗ３）、东干渠粗糙系数（Ｗ４）和南干渠管道的粗糖系数（Ｗ５），永定河倒虹吸３号闹门损失（Ｗ６）、２号间门损失（Ｗ７）以及龙背村进水闹损失（Ｗ８）８个参数作为研究对象。一（２）分析了８个参数对不同目标函数的敏感性，发现同参数对不同目标函数的Ｗ２、Ｗ６、Ｗ７以及Ｗ８的敏感性要高于其。敏感程度不同，且参数他参数的敏感性（３）以目标函数ＨＩ、目标函数Ｈ４为例详细分析了各目标函数的敏感参数的不确定性影响，分析结果可为工程运行过程中管道糖率变化以及闹门系数的选择提供参考。－４０－ 大连［大学硕士学位论文５水动力学模型建立及应急检修工况水力模拟北京市南水北调工程作为一项大型跨流域调水工程，其输水线路长、沿线过水建筑物类型和数量众多，分水口、进水闸、水库等建筑物与水流之间作用复杂，造成长距离输水非恒定流模拟比较困难。对于该项工程而言，在建立数学模型对其进行数值模拟时，必须将控制建筑物及交叉建筑物当成特殊结点类型或者内边界条件进行概化处理，才能实现对整个渠道水力响应过程的准确模拟。由于北京市南水北调工程输水线路较长、管一旦阀门因停电或操作失误网连接复杂，，管路中会出现很强的正负水击压力，其危害不仅会使管道本身破裂，而且对阀门有严重的损伤。因此，做好北京市南水北调工程非恒定流过程研宄意义重大。所以本文根据北京市南水北调工程的特点，建立了供水管网调度一维水动力学模型，并利用该模型对ＰＣＣＰ管应急检修过程中不同关阀时间引起的水锤问题进行了详细分析，最终确定合适的关阔时间，在保证管道安全的前提下尽可能在最短时间内关闭阀门将影响降到最低。为北京市南水北调供水调度部门进行科学合理的决策提供了重要的借鉴和参考。５．１模型求解５．１．１基本方程非恒定流的基本理论基础是运动方程和连续方程。非恒定流的计算需要对运动方程和连续方程进行联立求解，然后再对实际工程中涉及到的边界条件进行处理。（１）运动方程ｄｈｄｖｄｖＸｖ，．／ｉｔｉ、————＝＋５．１ｇ＋＋ｖＶ０（）‘＇ｄｘ８ｔｄｘ２Ｄ式中Ｖ为断面平均流速，ｍ／ｓ；ｒ为时间，Ｓ；Ｘ为距离，ｍ；为测压管水头，ｍ；ｇ２为重力加速度，ｍ／ｓ；Ｉ为摩（包括重力）项＋；阻系数；Ｄ为管径；为压力；ｄｘｄｔｄｘ为惯性力项；ｖ为阻力项，它总是与流速方向相反。ｇ｜｜（２）连续方程考虑均质薄壁圆管满足虎克定律，水击连续微分方程为：＾ｄｈｄｈ．．ｃｄｖ—Ｈ—＝ｖｈＶＳｉｎ０Ｈ０（５．２）ｄｔｄｘｇｄｘ－４－１ 北京市南水北调工程供水管网调度研究式中ｃｒ／ｓ（９为管道倾角。为水棰波速，ｍ；式一（５．１）、（５．２）组成阶拟线性双曲型偏微分方程组。５．１．２模型的特征线法求解北京市南水北调工程输水线路长，沿线交叉建筑物多，以下复杂边界条件的处理是模型求解的难点：管道与调压池、水库相连；工程沿线设有多处分水口；北京段总干渠以及南干渠等管道涉及不同管径管道连接。北京市南水北调供水系统作为比较复杂的管道系统，模型求解方法的选择及边界条件的处理对模型在实际工程的应用至关重要。对于非恒定流基本方程的求解比较困难一些近似，方法众多，包括经典水力学中的计算法和图解法，后来随着计算机的发展，近二三十年来，计算水力学有了很大的发展，５８［］包括有限差分法、有限体积法、有限单元法、特征线法等多种数值解法。考虑到特征５９［１线解法精度较高，考虑因素全面，并可处理复杂管道系统。本文决定釆用特征线法对北京市南水北调工程的非恒定流问题进行求解。下面对模型求解过程进行介绍。（１）特征方程①特征线方程一公式（５．１）和公式（５．２）为两个因变量（Ｖ和／Ｉ）和两个自变量Ｏｃ和０的阶拟线性双曲型偏微分方程组，首先将模型偏微分方程转化为常微分方程，然后用差分法求＋解常微分方程得到特征线差分方程，特征线网格见图５．１。用Ｃ和来代表两个方向的特征线。＋沿ＣｄｈＣｄｖｃＸｖｖ．＼＾＼—ｈ＋＝ｖｓｍ＾＋０ｄｔｇｄｔ２ｇＤＩｄｘ（５．３）—＝ｖ＋ｃｄｔ？沿－ｃｄｈｃｄｖ．ｃ－＾ｖｌｖｌＡ＋—＝ｖｓｍ００ｄｔｄｔ２ｇＤｇｄｘ（５．４）－—＝ｖｃｄｔ一５般式．３）和５．４）（式（为特征线方程和相应特征线上满足确定的微分关系式的特征方程。以上两对常微分方程即是特征方程。－４２－ 大连理工大学硕士学位论文②特征差分方程＋＝Ｃ特征线方程：ＡｘｃＡ＾？Ｃ＝－特征线方程：ＡｘｃＡ／将管道沿Ｘ方向分为ｉＶ等分，如图５．１所示，其间隔为Ａｘ（称为距离步长，取正一＝＝＝值）０ｘＬ个端点）在？０时刻的Ｖ和。，每结点（其中包括ｘ，Ｍ乍为初始值若＝Ａ一Ａ＾将时间步长取为（取正值），则网格上每交点都满足上述特征线方程。ＣＡｔＡｔＡＸＡＸ似瓜ＡｔＶ？ｈ？？１ＡｔｏＩＩ＿ｆｈｚｕ／１Ｉ＿Ｉ＾Ｍｉ／＋１Ｎ＋ｌＸ５－图．１ｘｔ平面网格图－Ｆｉｒｉｄｄｉａｆｘｇ．５．１Ｐｌａｎｅｓｒａｍｏｔｇｇ在特征线上的有限差分方程为－＋ｖＡ／＝Ｖｓｉｎ沒＋０（５＾—．５）ｐｉ）—ｉ，么ｓ”ｓ＿ｃ特征线上的有限差分方程为ｈ－ｓ－＝＾＋＾＾ｉｎ０ｖｖ０５＾．６１１ｉｉ（）｛－＋－＞，＾，ｐ，）＾｜Ｉ凡网格中的非边界上的结点都应满足以上两式。将以上两式相加，消去Ｖ得ｐ，－＝＋＂＋＾ｖ－＾ｓｍ＾ｖ＋ｖ－ｖｖｖｖＭ＿＿＿（５．７）、＇＋丨（，＞，）（，，，＋），ｉ，ｉ，＋ｉ，＋丨Ｋｉ（｜卜｜丨）２＾ｗ，４３－ 北京市南７ｊＣｊ匕调工程供水管网调度研究／Ｊ．５）５．６）两同理，将（５和（式相减，消去ｐ得，＝－＂＋ｖ一ｖ＿（、ｖ＿ｖ＋ｖ（５．８）、，＋ｉ）（—丨，＋ｉ）（ｉ丨，ｊ水）士ｆ｜丨［盖式（５．７）和式（５．８）中的Ａｘ和Ａ（分别为距离步长和时间步长。已知管道上（包括端点）有ｉＶ＋１个结点的Ｖ与Ａ的初始值，利用方程式（５．７）和＝＾１／＾／（５．８）２…＾＼个结点上的道两个端点的可求得网格内部结点，即／，，和＆＆；管和Ｖ由式（５．５）或式（５．６），分别结合管道两端相应的边界条件来确定。当ｆ＝时，ｐ一Ｖ一管道上的每个结点，即相对应的断面上的、和，求出后，继续增加个时段，即计算＝一ＶｆＡ／时刻２管道各结点流速及相应水头，然后将上时段计算所得各结点的ｐ和作一为下时段的初始值。对以上步骤进行重复计算，直至达到要求为止。（２）工程边界条件的处理一由图５．１可知，从第个时段ＡＴ幵始，管道两个端点的Ｖ数值就直接影响到内、部结点，而计算端点的水头流速必先给定边界条件。针对北京市南水北调工程ＰＣＣＰ３．４ｍ管起点与惠南庄粟站相连，末端与大宁调压池相连；南干渠输水线路上游为管径的双管输水，下游直径为４．７ｍ单管输水，双管单管连接处不但涉及多根管线相连的情况，同时还有管径变化的处理。西四环、东干渠等均涉及上述不同的复杂边界。每根管道的上游端即管道的起点如ＰＣＰＰ管起点、每根管道下游端及管道的末端、沿线输水干线有分水口处以及管径发生变化等边界条件进行了处理。１）管道上游端＿该处适用特征线６的方程式（５．６），见图５．２（ａ）。为了便于处理，可改写为＝Ｃ＋ｖ（５．９）＼＾Ｑ＾－４４－ 大大学硕士学位论文—／乏牛牛＋Ｘｃｚ＾ＸＮ＋１Ｘ（ａ）（ｂ）图ＳＩ管道两端计算示意图Ｆｉｇ．５．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｉｐｅｅｎｄｓ一式中Ｃ＝ｃ／是。＃震，对于给定的管道ｃ＃个常数ｆｌＡｒ、＋＾－——Ｖｓｉｎ＾（５．１０）２２ＺＩＩｇ＞Ｉ；Ｃｍ一一时段计算所得的已知数值的变数在计算中是个只决定于前。式（５．９）所提供的方程含有和Ｖ两个未知量，还需要说明Ｖ和关系的补充ｐｉ力方程需要由边界条件来确定。①团城湖至龙背村闹输水线路上游端为团城湖，且团城湖水位长时间保持不变，则边界条件为常值，即直接代入式（５．９），则可得？（５．１１）一当上游库水位（或调压井水位）为变量，但给定为时间的函数，则可对已知时间计算／然后代入式（５．９）求得Ｖ。Ｖｐｉ一②ＰＣＣＰ管的上游端与惠南庄粟站相连，根据工程运行情况，边界条件可给定为个变量的时间函数，与式（５．９）联立求解。２）管道下游端＋该处适用Ｃ特征线方程（５．５）、见图５．２（ｂ）为了方便也改写为：Ｃ－５？（．１２）料ｐ一式中Ｃ＝三＃ｇ－－４５ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄—Ｃ＝＋ＶＣ－Ａ－ｖＫ＾ｆｓｉｎ＾（５．１３）ｊ，ｐ｜＾｜ｊ与上游端相同，可根据具体条件，找出补充方程。３）两个和多个管道的连接输水沿线有多处分水口，且南干渠处还有双管变单管的节点，此种边界条件为三根管道相连，边界条件的处理如下。图５．３所示为三个管道的连接，如图中所示水流方向，对于接头处管①出适用特＿征线方程式（５．１２），而对于管②和管③则适用ｃ特征线方程（５．９）。三根管道则有６一个下标表示管道编号个相应变量，变量的第，变量的第二个下标则表示管道的断面编号，因此有ｈ＋＋１．．＿ｐｉ人Ｎ）／、／Ｃ１）—（５．１４）ｖ＋ｉＶＯ）Ｉｒｆｆ，ｈ－Ｃ，＾＜５．１５）ｒ均Ｖ（５．１６）…再由接头处的连续性条件以及任意时刻水头相等的条件再补充３个方程，即２＝０１，６个方程联解得ｊｈ？－（５１７），Ａｒ＋ｉＡ．）／Ｎ（，ｌｆ＼＼其他未知数可直接由相应公式求得。－４６－ 大连理工大学硕士学位论文“ｆＴＨ卜＾图５．３多根管道求解示意图Ｆｉｇ．５．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｌｕｒａｌｉｔｙｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｏｓｏｌｖｅ西四环沿线除了有分水口还涉及两根不同管径相连的情况。此种边界条件的处理如下５．４二４４。图为根不同管径管道连接，个未知数用个方程联立求得。Ｊｙ＋１Ａｊｃ①Ａ：ｘ：②－－．－？－ｉ－Ｘ①（Ｄｆ＿＾Ｑ）－ｃｃ：个、丄一丄一－＜？？图５．４两根管道的求解示意图Ｆｉ．５．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｒａｍｏｆｔｗｏｉｅｌｎｅｓｔｏｓｏｌｖｅｇｇｐｐｉ４）考虑局损有些情况局部水头损失往往在管道的总损失中占有很重要部分，这时在计算的时候就必须将局损考虑在内一。例如些问题需要将管道进口的局损以及流速水头的变化考虑在内，如图５．５所示。此时，上游的边界条件为２２２＝？＋＋１＋（５．１８）？务告？（０告－４７－ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄￣总水头线；￣＾：￣：：１＾：：＂＾￣￣ＩＴＷ管水头线，２ｇ７／ＺｏＩ？０￣＂－．」—「ｊ）］＂“＾￣—＜￣？１Ａｘ２１Ａｘ２图５．５考虑局损的求解示惫图Ｆｉｇ．５．５Ｓｏｌｖｉｎｇｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｒａｍｉｎｃａｓｅｏｆｌｏｃａｌｄａｍａｅｇｇ其中为总水头，Ｃ为进口处的局部损失系数（５．８），代入式得，＝－＋＋。（５．１９）（１」？１结１结１１＾如串联管道的接头处（见图５．４）要考虑流速水头的变化以及局部水头损失时，则水头相等的条件改为＋＝＋１＋（５．２０）、綱？（（）￥一￥显然一二，求解Ｖ和？只需求解个次方程式即可。ｐ（３）水击波速。实际工程中很多时候，输水管道的特性无法准确的描述，导致水击波速也很难确定０ｍ／在缺乏资料情况下，可凭经验进行近似选取，明钢管的水击波速可近似取１００ｓ；＝埋管可近似取ｃ１２００ｍ／ｓ。本文所用实例均为埋管情况，因此，本文波速Ｃ近似取１２００ｍ／Ｓｏ５．２模型的合理性验证模型的精确性直接影响到模型在实际工程中的应用效果。精准的水力模型可以准确的模拟管网运行状态，评估管网运行现状，辅助管理者制定合理的调度方案，可见模型精确与否是模型能否在实际工程中得到应用的最关键因素。由于缺少工程实际运行数据一，为了验证维水动力学模型的可靠性，将其与ＥＰＡＮＥＴ软件的模拟结果进行对比分析。其中ＥＰＡＮＥＴ软件主要用于有压管网系统（包－４８－ 大连理工大学硕士学位论文括水库、ｐｕｍｐ、ｔａｎｋ等）的恒定流水力计算和水质分析，具有管网平差、运行模拟、信６。［】息管理和运行管理等较完善功能，其计算原理及应用参见文献［６１】《本文所建立的模型可用于恒定流和非恒定流水力计算，考虑到非恒定流过程比较复杂，而特征线对非恒定流模型的求解己在实际工程中得到验证，因此，本文只对恒定流结果进行比较，若与ＥＰＡＮＥＴ结果接近，则说明模型可用。模型合理性验证的主要内容包括：工程中关键节点（惠南庄起点、调压池、团城湖和龙背村）的水头是否符合管道供水要求；管道中流量能否满足沿线水厂需求。（１）工况描述３￣惠南庄栗站加压保持起点流量为２８．４０ｍ／ｓ，永定河１４号进水闹全开。来水在第３３３三水厂分出１．７３ｍ／ｓ０．５８ｍ／ｓ．９７ｍ／ｓ，，在城子水厂和田村山水厂分别分出和１在第３＾九水厂分出１６．９０ｍ／ｓ．ｍ／ｓ．５０ｍＶｓ２，７２，郭公庄水厂分出多余的４来水全部分配给密云水库。（２）结果及分析表５．１起点流量已知时水力学模型与ＥＰＡＮＥＴ模型计算结果Ｔａｂ．５．１ＲｅｓｕｌｔｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｍｏｄｅｌａｎｄＥＰＡＮＥＴｍｏｄｅｌｗｈｅｎｓｔｒｅａｍｆｌｏｗａｔｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇｏｉｎｔｉｓｐｋｎｏｗｎ－￣￣水厂水厂分水量（ｍＶｓ）关键点水头（ｍ）名称ＥＰＡＮＥＴ水力学模型误差名称ＥＰＡＮＥＴ水力学模型误差九厂１６．５０１６．５００惠南庄６２．４２６２．４３０．０１城子０．５８０．５８０大宁调节池５３．８８５３．８９０．０１田村山丨．９７１．９７０团城湖４９．００４９．０００三厂１．７３１．７３０龙背村４８．８６４９．０００．１４郭公庄２．９０２．９００４７２４７２０密云．．：一对比结果发现本文建立的维水动力学模型与ＥＰＡＮＥＴ软件模拟结果基本吻合，一一。管道流量可以满足沿线水厂需水情况，关键节点水头也比较致即本文建立的维水动力学模型可用于输水管网系统的模拟计算。．３应急检修工况模拟＾北京市南水北调供水工程对于从根本上解决日益严重的北京水资源供需矛盾有着一重要意义，保证管道安全输水是第要务。考虑到南水北调与北京市五大水系连通存在的各种问题，还，不仅需要研宄各个运行阶段的调度方案应该对南水北调管道中的水力－４９－ 北京市南水北调工程供水管网调度研究特性进行研究，避免频繁开关水泵、闸门造成的水锤风险。管道检修是管道供水过程中不可避免同时又严重威胁着输水工程安全的一种紧急情况。在这类紧急状态下，工程调度的目标是尽快关闭事故段阀门，减少水量浪费，同时又要避免阀门关闭过快对管道造成危害。本节以ＰＣＣＰ单管检修为研究背景，假设供水期间ＰＣＣＰ管道发生事故通过切换连通井阀门，关闭事故段阀门。管道进行抢修，事故段改为单管输水，其余仍为双管输水，抢修完毕后，恢复全线双管输水。对检修过程中不同关阀时间引起的水锤问题进行了详细分析，最终确定合适的关阀方案在保证管道安全的前提下尽可能在最短时间内关闭阀门将影响降到最低。５．３．１工况分析３以ＰＣＣＰ左管检修为例，惠南庄泵站加压保持２８．４０ｍ／ｓ的流量。假定在总干渠ＰＣＣＰ管１＃２＃连通井之间的左管出现应急情况和，需要关闭控制该段左管的上下游阀门，５１即图．６中＃连通井的２＃蝶阀和２＃连通井的１刹ｉ阀，以便于进行相应管路的检修维护工作。应急检修工况下，供水流量不变，ＰＣＣＰ检修处由ＰＣＣＰ右管进行单管供水，其余仍为双管输水。检修过程中水厂需水量不变．４。，水厂分水情况见表５表５．４各水厂分水量Ｔａｂ５．４Ｔｈｅｗａｔｅｒｕａｎｔｉｔｏｆｅａｃｈｗａｔｅｒｌａｎｔｑｙｐ水厂第三水厂城子水厂田村山水厂第九水厂郭公庄水厂京密引水流量１．７１３３．９７０５８．５０２４．．１６．９０３８，广、／￥）（ｍｍｍｗ，点ｙｉｎｍ节点＿￣￣＂￣＾￣正常管线￣＾￣￣，点，在ＭＭｖｍｎｍｎｍｎ１獅井２＃Ｍ井图５．６检修工况闭合闹门（红色）与管线运行情况示意图Ｆｉｒａｍｏｆ．５．６Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｔｈｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｃｌｏｓｅｄａｔｅｒｅｄａｎｄｔｈｅｏｅｒａｔｇｇｉｏｎｏｆｇ（）ｐｅｎｅｐｉｐｌｉ－５０－ 大连理工大学硕士学位论文５．３．２运行结果分析对于应急检修工况下，，ＰＣＣＰ管道由原来的双排管同时运行切换至单根管线运行此过程影响到非检修管线运行过程中的管道压力分布、压力极值，针对管道检修过程，为保证沿线分水口正常需水量，要模拟ＰＣＣＰ管道检修管道流量变化情况还要模拟出检ＰＣＣＰ修过程中管起点维持输水量不变的水头变化情况和沿线节点水头波动情况。另外还要重视大宁调压池的水位波动情况和下游团城湖的水位变化。前十个小时按正常工况运行，第１０小时出现应急情况。因此图中ｌＯｈ之前的管道流量及节点水头为检修之前的正常运行情况。ＰＣＣＰ管道沿线管底高程变化情况见图５．７。点Ａ（５４１３，４２．４５）靠近ＰＣＣＰ管道起点且地势相对较低，供水时该点水压最大，因此对不同关阀时间Ａ点的水头波动情况进行模拟分析。５５「１姬－４３ｙ＼Ａ５４．１３４２４５（，）＼３９－１／‘‘３５Ｉ‘‘‘‘０１００００２００００３００００４００００５００００６００００与起点距离／ｍ图５．７ＰＣＣＰ管道高程图Ｆ．５．７ＰＣＣＰｉｅｅｅｖａｏｎｉｌｉｎｅｌｔｉｍａｇｐｐｐ图５．８为应急检修阀门瞬间关闭时Ａ点的水头变化情况，图中红色为管内水头波动Ａ点１３７５４ｍ，情况，蓝色为管底高程，．相应管。图中显示瞬间关阀时管道最大水头达内水压为９５．０９ｍ，最低水头的９．５４ｍ即管内产生３２．９１ｍ的负压，可以看出阀门瞬间关，闭时管路中出现很强的正负水击压力，其危害不仅会使管道本身破裂而且对阔门有严重的损伤。因此，任何情况下都要避免瞬间关阀。－５－１ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄９￣８ｍ？图５ｉｎ．为２关阀时Ａ点的水头波动情况５．１０１３２０ｍｉｎ，图为关阀时Ａ点的５．５水头波动情况，表为关阀过程产生的最大最小水头及相应水压。１３７．５４１４０「１２０－Ｉ１００－ＩＩ２０－Ｉ９．５４０Ｉ１ＩＩｔ１ＩＩＩ９．８１０．３１０．８１１．３１１．８１２．３１２．８１３．３１３．８时间／ｈ图５．８瞬间关阀时Ａ点的水头变化Ｆ．．ｉ５８ＬｅｖｅｓｏｓａｎｏｆｆｖａｖＡｇｌｃｈａｎｇｅｆｉｎｔｔｌｅａｔｏｉｎｔｐｍ２ｉｎ关阀８５「３ｍｎｉ关阀Ｉ８０－４ｍｉｎ关阀Ｉ５ｍｉｎＩ关阀７５＿６ｉｎｍ关阀ｆｌａＩ＼ａ？：丨５５－Ｉ１１ＩＩ５０ＩＩＩＩ９．８１０．３１０．８１１．３１１．８１２．３１２．８１３．３１３．８时刻／ｈ５ｍｍ－８ｍｎＡ图．９２ｉ关阀时点的水头变化Ｆ？．．９ｌｉ５Ｌｅｖｅｃｈａｎｅｓｏｆ２ｍｉｎ８ｍｉｎｏｆｆｖａｌｕｅｉｎｔＡｇｇａｔｏｐ－５２－ 大连理工大学硕士学位论文７０１３ｍｉｎ关阀厂－１４ｍ６９ｉｎ关阀－１５ｍｉｎ６８Ａ关阀：：：ＥＩ６２＝＿６１－Ｉ‘‘６０‘‘‘‘‘‘９．８１０．３１０．８１１．３１１．８１２．３１２．８１３．３１３．８时刻／ｈｍ？０１３ｉｎ２０ｍｎ图５ｉ．１关阀时Ａ点的水头变化Ｆｍ￣Ａ．１Ｌ１ｎ２０ｍｉｎｆｆｖａｌｕｅｉｎｔｉｇ５．０ｅｖｅｌｃｈａｎｇｅｓｏｆ３ｉｏａｔｏｐＡ点表５．５模拟结果ｉＴａｂ．５．５ｓｍｕｉｒｌｔｏｆｏｎＡｉｌａｔｏｎｅｓｕｓｔｐ关阀时间（ｍｉｎ）水头最大值（ｍ）水头最小值（ｍ）水压最大值（ｍ）水压最小值（ｍ）２８ｍ５＾４ｉＪｊ３７６．．１９４５．２６６１９０３３８１．４７２１．５９６．９０３０．１４１９．４５５７２１．４１２９．９．３６６１１８．９６６７０．９５６１．９０２８．５０１９．４５１９．４５７６９４８６１．９０２７．０３．８６８．８４６１．９０２６．３９１９．４５．６．９０２５．９７１９４５１１３６８．４２．６６１．９０２５．４７１９４５１４７．９２６．．１９＿４５１９０２５２４６．６９１５７２１９．４５２０＾＾＾调度部门要求管道检修时管内产生的最大水击压力不得超过正常供水压力的．４倍。１Ａ点高程为４２．４５ｍ１８．６４ｍ，正常供水时Ａ点水头为６１．０９ｍ，即Ａ点正常供水压力为，因此检修时Ａ点压力最大不得超过２６．１０ｍ，即关阀时Ａ点的最大水头不得超过６８．５５ｍ。５．９显８ｍｉｎ图示之内完成关阀过程时管内水头波动较大，不满足要求。通过模拟发现关阀时间不低于１３ｒｎｉｎ时，产生的最大水头可以满足要求１３ｍｉｎ完成关阀过程时Ａ。６８．４２ｍ二。，点最大水头为，虽然小于要求的６８．５５ｍ，但是者比较接近出于安全考虑－５３ 北京市南水北调工程供水管网调度研究本文选择１４ｍｉｎ完成关阀时间，此时Ａ点的最大水头为６７．９２ｍ。另外图５．１０还展示了１５ｍｉｎ及２０ｍｉｎ完成关阀过程时Ａ点水头波动情况，发现继续延长关阀时间对减小ｎ管道水头波动作用不大。因此，应急工况下，选择１４ｍｉ完成关阀过程，既能保证管，减少了水量浪费道安全运行又能以最快速度将阀门关闭。关阔过程中为了保证沿线水３２８．４０ｍ／ｓ厂可以正常供水，关阔的同时需要惠南庄栗站加压保证起点维持的来水。１４．２５ｒ－１４．２３（／｝４＞１．２０＿，１４－．１８１１‘‘１４．１５９．．８１０．０１０．３１０５１０．８时间／ｈ５１ＰＣＣＰ图．１管道起点流量变化曲线ＦｉＰＣＰｉ１１ＦｌｃｕｒｖｅｏｆｈｅｓａｒｎｉｎｔｆＣｉｅｇ．５．ｏｗｔｔｔｇｏｏｐｐｐ５１１应急工况下．，沿线水厂分水量不变，且分水流量全部来自南水北调中线。图ｍＶｓ２８．４０ｍＶｓ表明ＰＣＣＰ起点每根管道均维持１４．２０的稳定供水量即南水北调中线维持的来水。５４－ 大连理工大学硕士学位论文６９ｒ６７－Ｊｉｌｊ６３－ｊ６２－１１１１６１１Ｉ１ＩＩ９．．８１６．８１７．８．８１０．８１１．８１２．８１３８１４．８１５时间／ｈ图５．１２ＰＣＣＰ管起点水头变化过程ｔＦｉ１ｒＨｕｉｎａｎｚｈｕａｎｕｍｓａｔｉｏｎｈｅａｄ．５．２Ｃｈａｎｅｓｏｃｅｓｓｏｆｇｇｇｐｐｐ８１应急检修工况下．４０ｍＶｓ，５．２显示惠南庄粟站，惠南庄粟站维持２的流量不变图一ＰＣＣＰ管．单根管线水头即起点水头发生段时间的波动调整，由正常工况的６２４３ｍ升高到６７．０４ｍ，并维持恒定水头供水。关阀过程中该点的最大水头为６８．４１ｍ，相应的水击压力为１５．０６ｍ４，小于正常供水压力的１．倍。１６．００ｒ１４．００ｎ－１２．００Ｉ－＾１０．００＼８００－ＩＪ．＿，ＩＨｉ６－＼．００４－．００＼－２．００Ｉ‘‘‘１０ＩＬｉｉ１１．００９．８１０．８１１．８１２．８１３．８１４．８１５．８１６．８１７．８时间／ｈ图５．１３检修管路运行过程中的流量变化Ｆｉ．５．１３Ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｎｅｓｄｕｒｉｎｔｈｅｏｅｒａｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｉｅｌｉｎｅｇｇｇｐｐｐ－５５－ 北京市南水北调工程供水管网调度研究图５．１３显示检修管线始末端阀门关闭后，管路流量逐步地由正常供水情况下的１４．２０ｍＶｓ降为检修工况下的０ｍＶｓ，不再过流。３０．００ｒ２８００－．２６－．００－２４．００Ｉ＼２２００－．／２。－．。０／Ｉ？１８．００１５专１６？．００＾１４．００１２－．００‘１１Ｉ１１１１“１０．００９．８１０．８１１８１２．８１３．８１４．８１５．８１６．８１７．８．时间／ｈ图５．１４非检修管路运行过程中的流量变化－ｍａＦｉ５４Ｔｈｆｌｒｅｒａｉｏｎｆｎｏｎｉｎｎａｎｉｌｉｇ．．１ｅｏｗｃｈａｎｇｅｓｄｕｉｎｇｔｈｅｏｐｔｏｔｅｃｅｐｅｎｅｐ６７ｒ６５－—ＪＫ：ｆ６１－６０－ＩＩＩＩＩＩＩＪＩ５９９．８１０８１１８１２．８１３．８１４．８１５．８１６．８１７．８．．时间／ｈ图５．１５非检修管路水头变化Ｆ１Ｈ－ｉｇ．５．５ｅａｄｃｈａｎｅｓｏｆｎｏｎｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｉｅｌｉｎｅｇｐｐ－５６－ 大连理工大学硕士学位论文检修管线始末端阀门关闭后，管路输水由原来的双排供水切换至单根管线供水，检５．１４显．２０修管段相对应的正常管线承担全部的过流流量，图示流量由正常情况下的１４ｍＶｓ逐步增大至２８．４０ｍＶｓ．并维持２８．４０ｍＶｓ恒定不变。图５．１５为非检修管路４＃闹门ｍ处水头变化情况，该点水头由原来的６０．２９ｍ增至６４．９３。１５．５０「１５－．００－１４．５０ＩＭ．００？ｉ－１３．５０‘１１＞１１３Ｉ““１．００９．８１０．８１１．８１２８１３．８１４．８１５．８１６８１７８．．．时间／ｈ图５．１６出检修管路后恢复双管供水管线的流量变化Ｆ５１ｒｕｎｅｅｒｍａｎａｎｉｇ．．６Ｆｌｏｗｃｈａｎｇｅｓｏｆｄｏｕｂｌｅｗａｔｅｓｐｐｌｙｉｐｅｌｉａｆｔｉｎｔｅｃｅｐ出检修管路后管道又恢复为双管运行，，管道流量平均分配至左右两条管线但是从一图５．１６中仍能看出关阀对管道流量有定的影响。开始关阀之前单管维持１４．２０ｍＶｓ稳定供水，开始关阀后ＰＣＣＰ单管有０．５ｍＶｓ的水量波动且波动越来越小，最终稳定至１４．２０ｍＶｓ，此后维持此流量稳定供水。－５７￣ 北京市南水北调工程供水管网调度研究５４，０８「５４－．０３５３９８■．－５３．９３５３．８８５３－．８３５３－．７８５３Ｉ‘‘‘‘‘‘‘‘，７３９．８１０．８１１．８１２８１３．８１４８１５８１６．８１７．８，．．时间／ｈ图５．１７大宁调压池的水位变化Ｆｉ１７Ｌｇ．５．ｅｖｅｌｃｈａｎｇｅｓｏｆＤａｎｉｎｇｓｕｒｅｔａｎｋｇ５２「５１－５０－４９Ｉ４８－４７－４５Ｉ１１１１１１１Ｉ９８１０．８．．．．．１１．８１２．８１３８１４８１５８１６，８１７８时间／ｈ－图５．１８团城湖水位变化Ｆｉｇ．５．１８ＬｅｖｅｌｃｈａｎｇｅｓｏｆＴｕａｎｃｈｅｎｇＬａｋｅ由于来水不变，因此检修过程中连接大宁调压池的ＰＣＣＰ双管流量产生很小的波动，这些波动对大宁调压池水位造成了相对较小的影响。图５．１９显示关阀之前大宁调压池水位维持５３．８８５ｍ恒定供水，开始关阀之后大宁调压池水位在５３．８８７ｍ到５３．８７７ｍ之内波动，直至关阀结束，随后水位慢慢恢复到５３．８８５ｍ并维持此水位正常供水。检修过程－５８－ 大连理工大学硕士学位论文中惠南庄泵站加压保持２８．４０ｍＶｓ来水不变，且大宁调压池水位几乎维持在检修之前正常供水阶段的５３．８８５ｍ，团城湖水位继续维持在４９ｍ，如图５．１８所示，因此可保证沿线水厂分水不被影响。５４．结论本章首先简单介绍了长距离输水工程中非恒定流模拟的重要性，然后针对北京市南水北调工程特点建立了一维水动力学模型ＰＣＣＰ。最后采用所建模型对管道的应急检修工况进行了模拟，。通过分析检修过程中由关阀引起的管道水头波动情况发现关阀时间一越短，、速度越快，发生管道破坏的可能性越大但关阀时间超过某范围后对减小水头波动的意义不大．４倍。因此，本文根据检修过程产生的水击压力不超过正常供水压力１４ｍ的要求，选择１４ｍｉｎ完成关阀过程，既保证管道不被破坏又避免水量浪费。最后对１ｉｎ完成关阀过程ＰＣＣＰ全线流量及关键节点水头变化情况进行了展示。－５９－ 北京市南水北调工程供水管网调度研究６结论与展望６．１结论“”本文依托于北京市南水北调工程调度手册编制项目。选取北京市南水北调正常运行阶段调度方案的制定及优化、应急检修工况中非恒定流水力过程等关键问题进行研宄。本文所建模型可为工程实际运行提供参考，研宄成果可供北京市南水北调供水调度部门借鉴和参考。主要成果有：（１）针对工程正常运行工况进行了可行方案研宄及方案优化。调度过程中受到调，正度规则的约束外，由于总干渠进城段为四段并行钢筋混凝土暗涵常供水作为长时间运行工况，运行过程中相邻暗涵内的输水压力越接近越好，否则，低压供水管道将受到高压供水管道的挤压，从而影响输水安全性以及管道的使用寿命。因此，将进城两两暗ＮＳＧＡ－ＩＩ涵内供水压差作为另两个优化目标。首先利用算法得出多组可行方案，然后基于可变模糊集理论对多组方案进行优选得出一组最优方案作为调度方案。最后对利用最优方案调度时的工程运行情况进行展示。（２）对北京市南水北调供水管网节点水头的不确定性进行分析。首先对参数的敏一感性进行分析，，发现同参数对不同目标函数的敏感程度不同其中四个参数的敏感度，要高于其他参数；然后对其中比较敏感的参数进行不确定性分析分析了各参数的不确定性对目标函数的影响。计算结果为工程运行过程中管道糖率变化以及闹门系数的选择提供参考。一（３）针对北京市南水北调工程沿线交叉建筑物多、边界条件复杂等特点建立维。水动力学模型，并对模型进行求解及合理性验证首先对现有非恒定流方程求解方法进行简要分析，、边界条件复杂等特点考虑到工程自身沿线交叉建筑物多，而特征线解法精度较高，考虑因素全面，并可处理复杂管道系统，因此，本文决定采用特征线法对北京市南水北调工程模型进行求解，对工程边界条件的处理进行简单介绍，并对模型的合理性进行了验证。（４）本文以ＰＣＣＰ管道检修为例，对供水管网中甶关阀引起的水力过渡过程进行模拟研究。通过ＰＣＣＰ管应急检修过程中由关阀引起管道水头波动的情况来看，关阀时间越短一、速度越快，发生管道破坏的可能性越大关阀超过定时间后对减小水头波动；１４的意义不大．，，根据应急检修产生的水击压力不超过正常供水压力的倍的要求最终选择１４ｍｉｎ完成关阀过程１４ｍｉｎ。并对完成关阀过程时管道流量及关键节点水头波动情，为工程应急工况提供参考况进行了模拟及简单分析。－６０－ 大连虹大学硕士学位论文６．２展望论文在北京市南水北调工程调度方案研究、模型不确定性分析及非恒定流水力模拟一的研究中取得了定的成果、、。但是该工程管道之长控制建筑物之多水位控制之严是目前任何管网输水工程中都未曾遇到的，因此调度方案的制定及优化、水力模型的应用一在后续工作中还有些需要改进和完善的地方：（１）由于数据有限，模型中的管道粗糖系数、阐门参数往往是通过实验或经验所得一，这与实际运行有定差距，需要根据实测值来进行校验。一（２）非恒定流水力学模型只是对工程中段管道应急检修中的关阀问题进行模拟分析，实际运行中可能涉及到多条管道多个阀门同时幵关的问题，模型有待完善。（３）本文所得到的调度方案还未在工程的实际运行中得到应用，因此还需在实践中进行验证。－６－１ 北京市南水北调工程供水管网调度研宄参考文献［１］孙晓．Ｄ］．郑州大学２０１１．长距离有压重力输水管道过渡过程及管网优化研究［，２２０１３［］黄会勇．南水北调中线总干渠水量调度模型研究及系统开发［Ｄ］．中国水利水电科学研院，．［３］ＮｉｔｉｖａｔｔａｎａｎｏｎＶＳａｄｏｗｓｋｉＥＣｉ．Ｏｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｓｕｌｙｓｙｓｔｅｍ，，ＱｕｍｐｏＲＧｐｔｐｐｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ６２－３８４１９９１２（５）：３７４．，，［４］ＮｉｔｉｖａｔｔａｎａｎｎｏｎＶ，ＳａｄｏｗｓｋｉＥＣ，ＱｕｉｍｐｏＲＧ．ＳＣＡＤＡｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｏｐｔｉｍｕｍｉｌｉｉ－ｉ１９９４）Ａ１９９１１０１１４ｐｕｍｐｎｇ［Ｃ］／／ＨｙｄｒａｕｃＥｎｇｎｅｅｒｎｇ．ＳＣＥ４：．（，［５］ＳａｋａｒｙａＡＢＭａｙｓＬＷ．Ｏｐｔｉｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｗａｔｅｒｕａｌｉｔｙ，ｑ＇ｕｒｐｏ－ｓｅｓＣＷＲＰＭＤ９９＠ａｒｉｎｆｏｒｔｈｅ２１ｓｔＣｅｎｔｕｒ．Ａ１９９８：１１１．ｐ［］／／ｓＰｒｅｐｇｙＳＣＥ，－［６］ＭｃＧｕｉｒｅＭｉｃｈａｅｌＪ．，Ｐｒｏｃｅｓｓｏｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｏｕｒｎａｌＡｍｅｒｉｃａｎ，ｐｔＪＷｏｒｋ－ｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｖ９２２０００ｎ２６６６７，，ｐ，，－ｗ［７］ＺｈａｎｇＱ，ＳｔａｎｌｅｙＳＪ．Ｒｅａｌｔｉｍｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｉｔｈａｒｔｉｆｉｃｉａｌｎｅｕｒａｌｌ－ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１９９９１２５（２）：１５３１６０．，，［８］ＰｅｌｌｅｔｉｅｒＧ，ＴｏｗｎｓｅｎｄＲＤ．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＲｅｇｉｏｎａｌＭｕｎｉｃｉｐａｌｉｔｙｏｆＯｔｔａｗａ－Ｃａｒｌｅｔｏｎｓｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．Ｉ．Ｍｏｄｅｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｊ］，ＣａｎａｄｉａｎｌｏｆＣｌ－ＪｏｕｒｎａｉｖｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９６，２３（２）；３４７３５７．［９］ＰｅｌｌｅｔｉｅｒＧ，ＴｏｗｎｓｅｎｄＲＤ．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＲｅｇｉｏｎａｌＭｕｎｉｃｉｐａｌｉｔｙｏｆ’Ｏ－ｔｔａｗａＣａｒｌｅｔｏｎｓｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．１１．Ｍｏｄｅｌｒｅｓｕｌｔｓａｎｄａｎａｌｙｓｅｓ［Ｊ］．Ｃａｎａｄｌ９６８－ｉａｎｏｕｒｎａｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１９２３２：３５３７２，Ｊ，，（）［１０］ＷａｇｎｅｒＪＭ，ＳｈａｍｉｒＵ，ＭａｒｋｓＤＨ．Ｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ：ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．ｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＰｌａｎｎ－ＪｏｕｒｎａｏｆＷａｔｅｒｉｎｇａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ１９８８１１４３；２７６２９４．，，（）［１１］ＫａｐｅｌａｎＺ，ＳａｖｉｃＤ，ＷａｌｔｅｒｓＧＡ．ＲｏｂｕｓｔｌｅａｓｔｃｏｓｔｄｅｓｉｇｎｏｆｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｕｓｉｎｇＧＡｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＷａｔｅｒＩｎｄｕｓｔｒｙＣＣＷＩ）Ｌｏｎｄｏｎ（，ＵＫ－）２００３：１４７１５５，（’１２ＢａｂａｙａｎＡＶＳａｖｉｃＤＡＷａｌｔｅｒｓＧＡ．Ｍｕｌｔｉｏｂｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ［］，，ｊｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｕｎｄｅｒｕｎｃｅｒｔａｉｎｄｅｍａｎｄａｎｄｐｉｐｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ［Ｊ］，Ｔｏｐｉｃｓｏｎｓｙｓｔｅｍａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔ２００７．，３－．．河海大学学报２０１１３９４４５８４６３．［１］金溪供水管网概率水力模型线性化求解方法［Ｊ］，，（）：［１４］舒诗湖．基于蒙特卡罗方法的供水管网系统不确定性分析［Ｊ／ＯＬ］．［１５］聂俊英．城市给水管网系统阔门调节工况下的水流特征及水力模拟研究［Ｄ］．太原理工大学，２００６．［１６］王树人，水电．水击理论与水击计算［Ｍ］．清华大学出版社，１９８１．［１７］徐常青．Ｄ］．哈尔滨工业大学２００８长距离输水管线运行工况模拟研宄［，．－６－２ 大连虹大学硕士学位论文Ｙｏｓｒｆｏｒ－［１８］ｔＳＡＲａｏＰ．Ａｍｕｌｔｉｐｌｅｇｉｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｔｒａｎｓｉｅｎｔｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌ，－ｆｌｏｗｓ［Ｊ］，Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ：６４５６５１．，２０００，２３（６）［１９］ＩｚｑｕｉｅｒｄｏＪ，ＩｇｌｅｓｉａｓＰＬＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｎｓｉｍｐｌｅ－ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｍｏｄｅｌｌｉｎｇ２００２，３５（７）：８０１８１２．，２０Ｙ－［］．Ｒ，Ｆｉｌｉｏｎ，Ｂ．Ｗ．Ｋａｒｎｅ．ＥｘｔｅｎｄｅｄＰｅｒｉｏｄＡｎａｌｓｉｓｗｉｔｈａＴｒａｎｓｉｅｎｔＭｏｄｅｌ．ｙｙＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒａｕ－ｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００２，１２８（６）：６１６６２４［２１］ＡｎｓａｒｉＭＲＤａｖａｒｉＡ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｌｉｎｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｗａｔｅｒｈａｉｎｍｅｒ，ｏｆｐｐｅｕｓｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｍｅｔｈｏｄ［Ｃ］／／ＡＳＭＥ／ＪＳＭＥ２００３４ｔｈＪｏｉｎｔＦｌｕｉｄｓＳｕｍｍｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒＡｉｉｅｉＥｎｉ００３２８２１－２８２６ｅｎｃｅ．ｍｅｒｃａｎＳｏｃｔｙｏｆＭｅｃｈａｎｃａｌｇｎｅｅｒｓ，２：．［２２］ＫｏｃｈｕｐｉｌｌａｉＪ，ＧａｎｅｓａｎＮ，ＰａｄｍａｎａｂｈａｎＣ，Ａｎｅｗｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｌｏｗｆｏｒｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｐｒｏｂｌｅｍｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｊｏｕｒｎａｌｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｓａｎｄ－ｐｉｐｉｎｇ，２００５，８２（１）：１１４．２３ＫｉｍＳＨｌｌｌ［］ＹｏｏＷＳＯｈＫａ．Ｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎａｓｉｓａｎｄｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ，，Ｊ，ｅｔｙｕｓｉｎｇＧＡａｎｄＨＳａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒａｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏ２００６２０３２６－ｌｏｇｙ，，（）：４４３４．［２４］张成，傅旭东，王光谦．分水口运用引起的南水北调中线总干渠水力响应特征［Ｊ］．南水北调与水利科技２００８５６－：２５２９．，，（）［２５］方神光，吴保生，傅旭东，等．南水北调中线输水渠道中分水口的影响［Ｊ］．清华大学学报：自然科学版２００７－，４７９：１４５２１４５６．，（）［２６］黄会勇，刘子慧，范杰’等．南水北调中线工程总干渠水力学仿真模型研究［Ｊ］．水利水电技术，２０１３４４－１２：，（）１１１１１５．［２７］丁志良，谈广鸣，陈立，等．输水渠道中阐门调节速度与水面线变化研宄［Ｊ］．南水北调与水利科技２００６３６－：４６５０．’，（）［２８］方神光，吴保生．南水北调中线输水渠道中节制闹影响研究［Ｊ］．水利水电技术，２００８２－（）：３２３５．，２９－［］方神光．．２００８１９１６８７１，李玉荣，吴保生大型输水渠道闹前常水位的研宄［Ｊ］７Ｋ科学进展，，（）：．［３０］愧新贤，江春波，石二朋，等．间门对水力过渡特性影响研究［Ｊ］．水力发电，－６２０１０３６０：５９１．’（１）一－［３１］朱承军，杨建东．非棱柱体管道的维水击计算及分析［Ｊ］．水力发电学拫，１９９８（２）：５９６８．［３２］郑源，刘德有．有压输水管道系统气液两相瞬变流研究综述［Ｊ］．河海大学学报：自然科学版，２００２３０－（６）：２１２５．，３３理论研究一［］樊希漠．，谢水波，陈泽昂，等．水系站停泵水锤数值计算模型求解与应用［Ｊ］南华大学学报－９：自然科学版２００５１９２）：６．，（，［３４］郑源．．，屈波，张健，等有压输水管道系统含气水锤防护研究［Ｊ］水动力学研究与进展：Ａ辑２００５２０４４３６－４４１，，（）：．［３５］钟登华，刘建民熊开智．复杂长距离输水系统仿真优化研究［Ｊ］．中国工程科学，，２００６７－１０：６０６３．’（）－６３－ 北京市南水北调工程供水管网调度研究［３６］谓平，徐蕾，凌晓聪．动力管道水锤澂振分析［Ｊ］．南京理工大学学报：自然科学版，２００６－８５，３０（２）：１８２１．［３７］ＣｈｅｎＹＢ，ＹｕＴＰ，ＬｉｕＪＨ，ｅｔａｌ．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｕｐｐｌｙｉｎｇＷａｔｅｒＳａｆｅｌｙｂｙＬｏｎｇ－ＤｉｓｔａｎｃｅＰｉｐｅｌｉｎｅ．ｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＥｎｇｌｉｓｈ［Ｊ］Ｊ（Ｅｄ－ｉｔｉｏｎ）２００８，１５（３）；８０８５．，［３８］张海宾．西安市供水系统优化调度研究［Ｄ］．西安理工大学，２００９．［３９］王军慧．供水管网的水力水质模拟及不确定研究［Ｄ］．重庆大学，２０１４．［４０］方神光，王开，吴保生．大型输水渠道中过水建筑物的新处理方法［Ｊ］．南水北调与水利科技，２００７５６－５８，４（６）：．［４１］王书齐．可变模糊集多属性决策理论在大型编队防空决策中的应用研宄［Ｄ］．大连理工大学，２０１１．［４２］陈守煌．可变模糊集理论与模型及其应用００．大连理工大学出版社，２００９．４３舒诗湖－．基于不确定性分析的供水管网模型精度评估［．城镇供水２０１４：５８６０．［］Ｊ］，⑶４４－［］舒诗湖．供水管网系统不确定性分析的理论与发展［Ｊ］．中国给水排水２０１１２７６：３０３３．，，（１）［４５］张质明．基于不确定性分析的ＷＡＳＰ水质模型研究［Ｄ］．首都师范大学，２０１３．ｌｔｅｌｌｉｖｅｍｏｄ－ｄ［４６］ＳａＡＴａｒａｎｔｏｌａＳＣｈａｎＫＰＳ．Ａｑｕａｎｔｉｔａｔｉｅｌｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｍｅｔｈｏｆｏｒｇｌｏｂａｌ，，－ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｏｄｅｌｏｕｔｐｕｔ［Ｊ］．Ｔｅｃｈｎｏｍｅｔｒｉｃｓ１９９９４１：３９５６．，，（１）４７一．．［］张魏，郑，王学军水环境非点源污染的不确定性及分析方法［Ｊ］农业环境科学学２００８２７４－１２９０１２９６．报，，（）：［４８］ＥｓｔｒａｄａＶ，ＤｉａｚＭＳ．Ｇｌｏｂａｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂａｓｅｄｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２０２５２－１０（１）：１５３９１５５１．，’［４９］ＳｏｂｏｌＩＭ．Ｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｆｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｍａ－ｔｉｃｈｅｓｋｏｅＭｏｄｅｌｉｒｏｖａｎｉｅ１９９０２：１１２１１８．，，（１）［５０］任启伟．ｔｅｎｄＦＡＳＴ．，陈洋波，舒晓娟基于Ｅｘ方法的新安江模型参数全局敏感性分析［Ｊ］中山大学学报２０－３４：自然科学版１０４９３；１２７１．，，（）５—［１］ＮａｎｄａｋｕｍａｒＮＭｅｉｎＲＧ．Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｉｎｒａｉｎｆａｌｌｒｕｎｏｆｆｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅ，－ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌａｎｄｕｓｅｃｈａｎｇｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｄｒｏｌｏ９９７２２１１－２３２ｙｇｙ，１，１９（１）：．‘［５２］ＮｏｓｓｅｎｔＪ，ＥｌｓｅｎＰ，ＢａｕｗｅｎｓＷ．Ｓｏｂｏｌｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｏｍｐｌｅｘｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｏｄｅ－ｌ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２０１１，２６（１２）：１５１５１５２５．３ＣａｍｌＣａｒｉｂｏｎｉＪＳａｌｔｅｌＡｎｉｔｉｉｔ［５］ｐｏｏｎｇｏＦ，，ｌｉＡ．ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｃｒｅｅｎｉｎｇｄｅｓｉｇｎｆｏｒｓｅｎｓｖｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌａｒｇｅｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｇ＆．ｓｏｆｔｗａｒｅ２００７２２１０－：１５０９１５１８．，，（）［５４］宋晓猛，孔凡哲，占车生，等．基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析［Ｊ］．水科学进展，２０１２２３５６４２－６４９（）：．，５５泰．城市供水管网模型校核参数的研究［Ｄ］．华南理工大学２０１４．［］朱世，－６４－ 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大连理工大学硕士学位论文致谢时光匆匆，转眼即逝，研宄生阶段即将结束，回顾自己将近二十载慢慢求学路，记忆中充满了老师们的悉心指导和同学们的快乐相伴。谨在此，对所有关心、爱护、帮助过我的人表示由衷的感谢。。、感谢我的导师彭勇副教授，三年里给予我太多的帮助老师学识渊博、工作认真诲人不倦，以及严于律己，宽以待人的师风使我终生难以忘怀，在我以后的人生道路上一也会带来定的帮助和启迪。在此，，。，衷心地希望老师身体健康阖家幸福桃李满天下感谢ｇｆｌ教授、王本德教授、周惠成教授、王国利教授、张她教授、梁国华副教授、李敏副教授、袁晶殖副教授和初京刚老师平日里在生活和学习中的关心和爱护。感谢师兄师姐王强、彭兆亮、薛志春、彭安邦、孙新国、王海霞、张小丽、丁伟、卢迪、李星、金思凡、姚国军、周如瑞、张锐等对我的照顾和帮助。感谢我的同窗王运涛、魏国振、于冰、陈金龙、张佳宾、葛于晋、张请、李亚琳、刘冬梅、刘娜、李董弃、宋影、杨甜甜三年里的快乐相伴。感谢师弟师妹郭克伦、、、刘暗潘晓健、史亚军、董占飞、徐博、宋天宇宋文涛、史文杰、王洪、唐榕、黄朔、谢晓倩、张露、陈曼曼、狄源硕、王聪浑、苏万敏、宋君、李芬、宋晓娟、姚亦周、吴剑、高志强、孙字、王清正、陈见长、沈玉超、韩广、楚洪，、涛、祝许河、王插、温雪营、王丹、崔欢欢、白盈盈、王猫宁等，祝愿你们学业有成身体健康。！感谢父母及亲人的关爱，您们的支持是我学习的最大动力－６７－ 大连理工大学硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：水壞ｍｍ日期ｌｌＳ：作者签名：：Ｕ年６月日导‘师签名：日期：年月丨）日'