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基于混合蛙跳算法的供水管网减压阀优化控制研究

冉雨晴  
【摘要】:随着水资源的日益匮乏和用水需求的不断增加,城市供水管网的漏失控制引起了国内外供水企业的广泛关注,成为管网研究的重要课题。供水管网漏失控制水平主要取决于管道和附属设施的选材、使用年限等物理属性和管网的流量、压力等运行条件参数。其中管网压力是重要的影响因素之一,降低管网压力可有效减少供水管网的漏失量。减压阀的调控和运用较简单,合理应用可以有效降低管网运行压力。减压阀优化控制对于降低管网漏失量、提高水资源利用率具有重要意义。本研究针对供水管网减压阀优化控制模型进行研究,提出了基于混合蛙跳算法的减压阀优化控制模型,研究内容及主要结论如下:(1)建立了基于混合蛙跳算法的减压阀优化控制模型,通过EPANET软件构建供水管网的漏失水力模型,模拟管网的漏失情况,基于图论最短路径法对管网进行优化分区,对分区后的供水管网进行减压阀优化控制,运用混合蛙跳算法对其求解。与遗传算法、粒子群算法相比,本研究采用的混合蛙跳算法在运行效率、收敛结果、算法稳定性方面均表现出强大的优势。所建立的基于混合蛙跳算法的减压阀优化控制模型可以更精确地模拟管网的漏失状态,有效控制管网漏失量。(2)以A市供水管网为研究对象,构建了依据河道和行政区域分区(方案一)、以管段的水头损失作为权重优化分区(方案二)、以管段的长度和水头损失的加权平均值作为权重优化分区(方案三)三种管网分区方案,并利用本研究所建立优化控制模型对三种分区方案管网的减压阀设置及优化控制方案进行优选。分析结果表明:①在夜间最小流量时,三种分区方案的管网漏失量接近,但富裕水头有明显差异,从大到小依次为:方案一、方案二、方案三,方案三的管网压力调控效果优于方案一和方案二。②对三种分区方案进行减压阀的优化控制后,对比管网全天的平均压力和漏失量变化,方案三的漏失控制效果更优,优化后的管网平均压力从32.18 m降低至28.95 m,漏失率从18.45%降低至11.69%,据估算,由减少的漏失量带来的经济效益约为4.04亿/年。基于混合蛙跳算法的减压阀优化控制模型的应用能够有效降低供水管网漏失率,对于节约水资源,提高供水管理水平和服务质量具有重要意义。


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