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北方某中小城市供水管网改扩建优化方案研究

张烨  
【摘要】:供水管网是整个城市的生命线,对于保障城市发展和人民生活水平具有至关重要的作用。随着城市的不断扩张,现有供水系统无法满足日益增长的供水需求,部分城市管网老化现象严重,对供水安全产生了极大威胁。制定科学合理的改扩建方案对于节约供水管网投资、保证供水安全具有重要的意义。本文以北方某中小城市A市为研究对象,结合现状供水管网存在的问题,对A市供水管网改造方案进行了研究,主要研究成果如下:本文在收集研究区域供水管网资料的基础上,利用EPANET和鸿业市政管线软件对现状供水管网运行工况进行了模拟分析,同时对现状管网进行了最不利点校核。结果表明,研究区域内部分时段有60%以上节点压力无法满足规范要求,80%以上管段流速在0.6m/s以下,管网流速较低,部分管段单位水头损失较高。结合研究区域的基础资料分析供水管网改造需求,最终确定了供水管网改造范围,包括新建管线和改造老旧供水管线。针对A市供水管网的改造需求,建立了以管网运行改扩建费用最小值,管网节点富余水头方差最小值为目标函数,水力平衡、水压、管径、流速等为约束条件的多目标优化改扩建模型。经过比较分析选择了鲸鱼优化算法作为求解优化改扩建模型的算法,并对算法进行了改进,一方面引入了自适应惯性权重提高算法的局部搜索能力,一方面引入了快速非支配排序使其能够适用于求解多目标优化模型,并将改进鲸鱼优化算法与供水管网改扩建优化设计模型进行了有机结合,为应用于实际工程求解奠定了基础。采用传统改扩建方法初步确定了输配水管线改造方案,经比较最终确定了采用“专用输水管线直供至穿铁点”的输水管线改造方案。配水管线改造方案主要是管网管线连通、老旧管线原位改造、部分管段管径调整以及新建北湖区域管线。在此基础上利用改进鲸鱼优化算法对供水管网改扩建优化设计模型求解确定了管径组合方案。对改扩建后的供水管网进行了综合评价,利用价值工程法进行了经济性评价,得到本次改造工程价值指数为0.88元/m~3,低于供水管网的平均经济成本范围;供水管网改扩建后的系统自由度为3.03,熵值可靠度为5.15,均接近理论最大值;运行工况分析结果表明,改扩建后供水管网节点压力100%满足要求,流速和单位管长水头损失也较改造之前有很大改善,证明本次改扩建方案是经济可靠的,能够满足此次改扩建工程的要求。


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