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考虑不确定性与LCCA的农村供水管网多目标优化研究

刘国栋  
【摘要】:农村供水工程是农村重要的基础设施,是乡村振兴的重要建设内容之一。实施农村集中供水对于改善农村人居环境和条件,提高农村供水保障水平,促进水资源集中管理与统一分配等方面具有重要意义。我国实施脱贫攻坚任务后,我国农村供水工程建设取得了巨大成就,但自来水普及率、供水质量、效率以及工程设计、管理水平等还有较大提升空间。由于资金限制,往往注重减少初始投资,未能兼顾全寿命周期的工程性能和成本,有些工程对需水量变化等估计不足,影响后期供水安全与质量。本文基于工程全寿命周期成本优化设计的思想,考虑供水系统中部分参数的不确定性,研究农村供水系统的优化设计问题。将管网节点流量与管道摩阻系数(管道海曾威廉系数)考虑为随机变量。同时依据全寿命周期成本分析理论,建立农村供水管网优化模型,运用NSGA-Ⅱ算法对农村供水管网优化模型进行求解,确定管网各管段管径的排列组合。本文主要研究内容如下:(1)结合国内外农村供水管网优化设计的研究现状,分析农村供水管网优化设计需考虑管网参数随机性与管网经济性应以全寿命周期成本分析理论为基础的必要性。(2)基于全寿命周期成本分析理论,对供水管网的初始建设费用、年运行费用和折旧大修费用进行定量分析,建立了供水管网全寿命周期费用模型。(3)将管网节点流量与管道摩阻系数(海曾威廉系数)看作随机变量,建立了节点流量与海曾威廉系数的随机分布模型,分别考虑管网节点流量与管道海曾威廉系数随机分布模型在不同置信度下建立供水管网优化模型,求解优化模型并对结果进行对比分析。(4)建立了以管网全寿命周期内的总费用最低和管网平均节点水头富裕度最小为目标函数,管径为决策变量的优化模型,运用NSGA-Ⅱ算法对供水管网多目标优化模型进行优化求解。通过工程实例对管网优化模型以及应用NSGA-Ⅱ算法求解优化模型的可行性进行验证,实例分析结果表明:考虑不确定性与全寿命周期成本管网优化模型的供水可靠性更高、更加符合实际情况,可为供水系统设计阶段的方案选择提供重要决策支持。同时验证了考虑不确定性与LCCA的农村供水管网多目标优化设计与运用NSGA-Ⅱ算法求解优化模型的可行性。


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