山地丘陵地区村镇供水工程优化研究

发布时间：2020-07-26 16:21

【摘要】：近年来,随着国家对农村饮用水安全问题的高度重视,我国村镇供水事业得到迅速的发展,村镇供水工程建设项目越来越多。与平原地区相比,山地丘陵农村地区供水工程规模小、用户分散、地形高差大,往往需要加压和局部加压,造成工程投资大和水费偏高,这与农村的经济水平发展不相适应。本文以经济性为目标,分别建立山地丘陵地区村镇输水管网和配水管网优化数学模型,对山地丘陵农村地区输水管网加压泵站的设置,管径、管材耐压等级选择和配水管网布置及管径组合方式进行优化研究,以期达到减少工程投资和提高供水安全性的目的。首先,本文根据山地丘陵农村地区供水工程的特点,从工程设计角度,对工程水源地选择、管材选择、加压泵站类型、输配水管网定线原则等基础理论知识进行梳理和分析,为工程设计提供参考。接着,根据山地丘陵地区地形高差大的特点,建立多级加压的输水管网优化数学模型。以经济性为目标,考虑了管材耐压等级对管道造价和泵站扬程的影响将加压泵站作为管段和节点划分的依据,提出耐压等级存在系数的概念,建立关于管径、中途加压泵站数量、管材耐压等级的年折算费用目标函数。通过对目标函数的分析,选择人工免疫算法对优化模型进行求解,并且应用于工程实例,得出经济管径、加压级数和泵站位置以及管段耐压等级的优化方案。然后,根据工程设计和管网优化中多采用的分阶段优化的思想,建立配水管网两级优化模型。第一阶段是对配水管网进行优化布置,针对村镇配水管网用户节点与管网交叉节点的不同,采用改进Kruskal算法求解最小生成树,以距离作为边权,得出管网距离之和最小的最小生成树管网布置方案,在此基础上,进行第二阶段管径组合的优化设计。同时,本文建立了将管网布置与管径组合优化同步进行的直接优化模型,以节点作为管段选择的依据,建立管网年折算费用目标函数,根据树状管网的结构特性和水力特性,确定模型约束条件。最后,论文以重庆市渝北区某村镇配水管网工程为例,运用两级优化模型和直接优化模型对工程进行求解。结果表明,采用直接优化法求解更接近工程方案的最优解。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S277.7
【图文】：

生物免疫,机制,免疫算法

图 3.1 生物免疫机制Fig. 3.1 Biological immune mechanism算法的基本原理法是基于生物免疫系统的原理和机制发展起来的中，待求解的问题看作抗原，抗体对应于求解问为可行解的适应度，并通过免疫记忆机制和免疫物免疫系统与人工免疫算法的对应关系如表 3.1表 3.1 生物免疫系统与人工免疫算法的对应关系espondence between biological immune system and artificial系统人工免疫算法待求解的问题求解问题的一个

流程图,人工免疫算法,流程

图 3. 2 人工免疫算法流程Fig. 3.2 Flow of artificial immune algorithm步骤如下：。根据给出的问题进行分析，将优化问题作为算。在算法中，抗体通过编码成字符串的方式表达的编码形式有二进制编码和浮点数编。本文采用个（1×n）的矩阵表示，n 为抗体的长度，即二进群体。通过解空间中随机方法产生一定规模的初 N，则整个群体的数据结构为（N×n）的矩阵。评价。即计算抗体和抗原之间的亲和力。本文以，则目标函数值越小，适应度越大，相应的选择记忆细胞。将个体按照适应度值由高到底排列，

管网,输水管道,调节水池

方向到达 S 村附近，最后达到高位水池。第一段由西往东方向跨越山脉，蜿蜒崎岖。根据 2.2.1 节输水管道定线原则，本段管道不按照道路路线走着直线敷设，以减少管道的转弯次数，使管线长度短、水头损失小。同水路线不穿越山脊线，尽量减少与道路的穿越次数。向北走向管道道路，因此，输水管道设计沿道路敷设。最后 S 村附近的 319 国道至尖峰寺计高位调节水池路段为陡坡上山路段，管线选取最短距离直线敷设。根据《村镇供水工程设计规范》，水源到水厂的输水管道，可按单管布置时宜按双管布置。本次输水工程管线长，设计流量小、沿线地形复杂、管材费用和运行能耗高。根据输水管网定线原则，设计高位调节水池一能够保证供水安全。因此为减少工程总投资，降低制水成本，本输水管管输水的方式。根据 3.3.2 的分析，本工程选择钢管作为输水管材。在山地丘陵地区，钢土埋设，管道沿地面走，在转弯处和直线一定距离处设置钢筋混泥土镇定线结果如图 3.3 所示。

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