城市给水管网改扩建优化与数值计算

作     者：张德祥 

作者单位：西华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘小兵

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：给水管网 改扩建 实用优化 数值计算 工况校核 费用比较 

摘      要：随着经济的发展、城市规模的扩大、用水量的增加、用水普及率的提高,很多的城市给水系统已经不能满足城市发展的需求,各城市都面临着给水管网系统改扩建问题。改扩建又不同于新建,实际上,改扩建优化问题的目标函数中也包含了旧有管段的因素,即有某些旧有管段的不合理存在,这些往往由经验设计的旧管段,大大影响了整个管网系统的运行费用,并且会对管网系统造成许多危害,比如供水可靠性差、管网渗漏、爆管频繁等。由于给水管网投资大、管理费用高,合理的进行给水管网改扩建不仅能够丰富和完善管网设计内容,更为给水系统优化调度提供合理、可靠的基础资料,而且对于降低工程投资和提高给水系统的可靠性有重要的现实意义。 本文针对城市给水管网改扩建新敷设管道位置、增敷管线的经济管径难以确定等问题,建立了给水管网改扩建实用优化设计的理论和目标函数,利用约束非线性混合离散变量规划方法(MDOD算法)进行管网优化改扩建模型的数值计算,将模型分解为改扩建水源流量分配优化、新敷管径优化、加压泵站流量和扬程的优化3个子系统,最后通过分析比较,得出既具有经济性,同时又满足其他设计目标的实用优化方案。 本文对给水管网改扩建给水现状调查资料进行了分析,对管段磨阻测定和等水压线绘制的方法做了分析,并对改扩建选用的管材进行了优选比较,按照《城市供水行业2010年技术进步及2020年远景目标》的要求,优先使用优质管材(球墨铸铁管、PE管),在实际工程应用中取得了较好的效果。 本文结合工程实际,建立了绵竹市地震后城市给水管网改扩建优化模型,将模型分解为改扩建水源流量分配优化、管径优化2个子系统,通过优化算法进行数值计算,从而确定出各改扩建管段的最优管径和各水源最优水量分配方案。 最后经过与技术经济学理论、计算机技术、给排水知识的有机结合,利用HYSZ6.0-CAD2005对优化方案的最大时、消防时和事故时三种工况进行了校核,方案的等水压线变化均匀,新敷管段的流速大多在经济流速之内。在满足用水量和供水压力的前提下,通过对优化方案和原方案年折算值费用的比较,证明了优化方案是经济的、合理的。