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给水系统调蓄构筑物多目标优化设计研究

刘黎黎  
【摘要】:给水系统是现代化城市基础设施的重要组成部分,而调蓄构筑物又在给水系统中发挥着关键作用。调蓄构筑物主要功能是调节水量,保持管网压力和水泵工况的稳定,也可用于贮存备用水量,提高系统的供水可靠性。调蓄构筑物的规模及位置等在一定程度上决定了给水管网、二级泵站及加压泵站的投资和运行,并对供水可靠性、水质安全和环境产生影响。因此有必要研究调蓄构筑物优化设计,合理确定给水系统中调蓄构筑物规模。本文针对调蓄构筑物的工作特性,考虑二级泵站优化调度和峰谷分时电价,以系统年费用、可靠性综合指标、管网综合水龄和温室气体排放量最小为目标,以管网水力条件、泵站供水能力、调蓄构筑物蓄水量与水位等为约束条件,建立给水系统调蓄构筑物多目标优化模型。采用线性加权和法化多目标为单目标,并利用层次分析法确定各目标权重。模型求解采用动态规划方法,利用MATLAB与EPANET 2.0软件对模型进行编程计算。以歙县2030年规划给水管网为例,根据供、用水曲线设定两种总调蓄容积,制定不同的调蓄构筑物方案。由清水池和高位水池的调蓄容积划分各自供水区域,进行流量分配并用经济管径计算公式确定各方案管段管径。对各个方案进行优化,计算评价函数值后确定总调蓄容积为14%,其中清水池调蓄容积为11%、高位水池调蓄容积为3%时,实行分时电价的情况是最优方案。并得到最优方案的清水池与高位水池最优水位过程线和二级泵站全天各运行时段的最优流量分配。根据实例计算结果,论文分析了系统总调蓄容积和管网内调蓄容积变化对各目标的影响:给水系统总调蓄容积一定时,管网内调蓄容积增大,总年费用先减小后增大,管网可靠性提高,管网水龄增大,水质更差,运行温室气体排放量减少;给水系统总调蓄容积变大时,调蓄构筑物年费用随之增加,管网年费用和年动力费用减少,系统可靠性降低,水龄增加,温室气体排放量减少;实行分时电价时,可利用管网内调蓄容积实现削峰填谷的作用,使总年费用显著降低。通过实例证明此模型可以合理确定城市给水系统调蓄构筑物规模,优化管网运行。


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