【摘 要】
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目前,随着城市供水规模的不断增长以及对供水安全需求的提升,我国城市普遍采用多水源供水的方式。多水源供水方式为供水带来保障的同时也有可能带来不利影响。在实际运行中,若不能合理规划及调整各水源的实际供水范围,有可能造成多水源供水格局失衡问题,即各水源的实际供水范围与预设方案产生较大差距;进而导致部分水源的实际供水量低于设计供水量,给相关供水企业带来较大经营压力。对上述问题,可通过加装阀门来调节各水源的
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“面向未来的可持续供水系统”(2018YFE0204100);
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目前,随着城市供水规模的不断增长以及对供水安全需求的提升,我国城市普遍采用多水源供水的方式。多水源供水方式为供水带来保障的同时也有可能带来不利影响。在实际运行中,若不能合理规划及调整各水源的实际供水范围,有可能造成多水源供水格局失衡问题,即各水源的实际供水范围与预设方案产生较大差距;进而导致部分水源的实际供水量低于设计供水量,给相关供水企业带来较大经营压力。对上述问题,可通过加装阀门来调节各水源的供水范围得到解决。供水管网系统往往结构复杂且规模庞大,从中找出关键的阀门位置并确定合理的阀门调控方案是解决多水源供水格局失衡问题的重难点。为此,本文提出基于关键位置分析的阀门布局和调控优化方法。该方法一方面能够实现在偌大管网中找出有限的关键阀门位置,另一方面通过高维多目标优化模型,能够从各方面综合评估阀门的布局和调控方案对供水管网的影响。基于关键位置分析的阀门布局和调控优化方法分为两部分,第一部分是筛选阀门关键位置,第二部分是优化阀门布局及调控。其中,筛选阀门关键位置包括以下内容:确定强势水源和弱势水源、过渡节点、关键节点,分析关键路径及确定阀门关键位置。在筛选阀门关键位置后,通过构建高维多目标优化模型并利用Borg算法求解,寻求合理的阀门布局及调控方案。其中,优化模型以安装阀门所在的管道位置及阀门开度为决策变量,以最小化管网背景漏失率、管网节点压力标准差、节点水龄、阀门个数和安装阀门管径以及最大化节点压力冗余度、弱势水源水量增幅百分比(Increase Percent,IP)为目标函数。本文将上述方法应用于JYN和BJ两个案例管网。结果表明:在JYN的代表解中共筛选出三个起关键作用的阀门,在BJ的代表解中共筛选出五个起关键作用的阀门,筛选得到的阀门都位于强势水源的输水主干管,能有效调整强势水源和弱势水源的供水关系;调控阀门后,JYN和BJ弱势水源的供水范围分别增加了6个和228个节点,供水量分别提升8.33%和16.6%。本文的主要结论如下:(1)基于关键位置分析的阀门布局和调控优化方法能有效筛选出阀门关键位置。(2)通过合理的阀门布局及调控设置能够解决供水格局失衡问题,能显著改善弱势水源供水范围。(3)阀门布局及调控对原管网水力及水质状况的影响呈现一定规律:管网节点压力标准差随IP增大而增大,管网背景漏失率和节点压力冗余度随IP增大而减小,水龄受IP的影响不大。
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