基于SWMM和PSO-GA的多目标雨水管网优化模型

针对城市雨水管网优化问题,为了提升管网改建后的综合效益,考虑将管网建设经济性、排涝有效性和积涝风险性共同作为优化目标,建立基于SWMM和PSO-GA的多目标优化模型;采用极小-极大法构造多目标优化问题的适应度函数,避免了使用罚函数法带来的不便。将改建管道的数量与管径作为优化变量,通过对SWMM模型的修改,输出30 a暴雨重现期下各个排水井的节点水头和各个溢流井的积水历时,并将其综合作为优化函数的输入变量,着重分析管网优化后的城市内涝情况,求解得出10种改建方案,并对部分方案进行对比。结果表明:适应度值最高的两种方案改建费用约50～60万元,总溢流量、总积水历时、最大淹没水深均减少约20%～30%,模型优化结果较为合理,对城市雨水管网建设具有一定的借鉴意义。     

城镇排水管网设计模式系统观

针对现阶段排水管网系统面临的问题(如内涝、合流制溢流、雨水径流污染等),从系统工程角度对现行的排水管网设计模式进行了评述,提出了包括排水管道系统布局优化模型、排水管道参数优化设计模型、基于非恒定流模拟技术的排水管网设计方案系统分析模式和以风险为目标的排水管网设计方案评价模式的排水管网系统设计新模式。     

老城区涝水防治能力提升措施研究——以龙游县老城区为例

随着城市的快速发展,老城区原有的排涝格局遭到破坏,涝水防治能力受到一定影响,为了解决老城区涝水防治问题,需要对提升老城区涝水防治能力的措施进行研究。通过搭建一维非恒定流河网模型,计算确定出老城区排涝骨干河道和闸泵的规模,同时通过搭建Infoworks城市管网模型,复核老城区现状管网排水能力,并对老城区雨水管网重新规划,完善老城区雨水管网系统。通过优化河道、管网和闸泵等工程措施,解决雨水顺利收集和排出两方面问题,达到提升老城区涝水防治能力的目的。     

牡丹江城市防洪排涝与供水安全建设

牡丹江市是重要的资源型城市,由于城区大小河流发育,防洪工程建设成为城市建设的重要保障。作为生态文明建设试点城市,做好城市防洪、安全供水建设等重要的基础性工作是十分必要的。本文针对牡丹江市基本情况,提出通过防洪工程建设、排水管网改造(排水泵站建设、雨水管网建设、雨水调蓄设施建设)等方式保证防洪排涝安全;通过净水厂升级改造工程、水质检测能力建设、供水管网改造与扩建工程、二次供水泵站改造工程、小区二次供水管网改造工程、城市供水管网与用水户普查等手段提高城市供水安全等级。     

优化市政排水管网布局与设计的建议

城市的发展逐渐形成和建立了市政排水管网系统。在我国城市基础设施建设快速发展、不断调整城市经济产业结构、不断建设市政道路、不断改扩建旧城区和建立新经济技术开发区等形势下,市政排水系统随之得到了迅速的发展,逐渐提高了市政排水管网的普及率。但是我国市政管网的布局和设计还存在着许多问题,由于市政管网的布局和设计与城市经济发展不协调引起的处理污水技术的条件较差,进而使使用要求得不到满足;因不确定的市政排水管网体制引起的污水与雨水河流,不能有效对污水进行处理;因污水直接排入河道引起的水污染;     

无资料城区管网排水过程概化模拟研究

许多城市地区都没有可用的排水管网数据,从而降低了城市雨洪模拟的准确性,因此需要一种新的方法来表征管网的排水能力。提出了雨水井等效排水法(RIA)和仅在道路上等效排水法(CIR)两种表征管网排水能力的方法,采用高效高分辨率的城市雨洪模型,以西咸新区为研究区域,模拟了城市内涝积水过程,并与实测数据进行了对比。通过实际降雨与设计降雨条件下的内涝结果发现,较原有的模拟方法,该方法可以精准的表征管网排水能力,提高模型的准确性。     

城市排水管网与内部河道耦合模拟研究

基于城市排水管网模拟系统(DigitalWater Simulation),将城市内部河道与排水管网相互关联,分析河道水位与流量控制对城市管网排水能力以及上游区域积水内涝的影响。模拟结果表明,河道在高水位条件下,会对排水管网排水产生顶托作用,造成上游检查井液位上升,雨水管道充满度上升、流速下降,同时地表积水淹没范围扩大,积水深度增加,淹没持续时间增加。因此,应在雨水管网模拟评估时,将排水管网与城市内部河道进行耦合模拟评估,分析不同控制水位对排水系统的影响,确定汛期城市内部河道的合理运行水位,通过河道水工设施的动态调控,增强城市的排水防涝能力。     

基于整数编码遗传算法的树状灌溉管网优化设计方法

针对树状管网布置中较多依赖设计人员经验的特点,提出了一种基于整数编码遗传算法的树状管网两级优化方法.第一级优化是根据树状管网单点供水的原则,建立了融合工程设计经验的树状管网优化布置整数编码遗传算法模型,克服了传统二进制编码方法易产生不可行解的问题,可快速寻找出一组符合工程实际情况的管网布置方案.第二级优化在确定管网布置方案组的基础上采用整数编码的遗传算法,以投资最小为目标,建立了管径优化模型与算法.编制了灌溉管网两级优化设计Matlab程序,进行了工程实例验证.与单亲遗传算法(SPGA)和管网布置经验设计方法进行了比较,表明本文提出的基于整数编码的管网优化设计方法可方便地将设计经验融合到优化计算过程中.能降低管网优化设汁的复杂性和求解难度,快速有效求解符合工程实际的管网优化方案.     

市政排水管网的设计及优化

正一、优化市政排水管网设计的必要性和可行性作为我国城市建设过程中的关键构成部分,市政排水管网的投资在整个排水系统投资中占据着绝对重要地位。所以说,优化设计市政排水管网有着重大意义。伴随着我国经济的快速发展,城市道路的大量修建,使得排水管网获得大面积普及应用,然而,仍然存在诸多消极影响问题。作为现代化城市基础性设施,市政排水管网系统建设可谓是城市水污染防治工程中的关键性建设内容。为此,在充分满足各类型约束条件的基础上,实现对排水管网     

城镇化进程中山地城市排水防涝设计研究

采用SWMM与MIKE FLOOD模型分别对湖北西北部典型山地城市郧县老城区的排水管网运行状况进行模拟,分析溢流点及内涝区分布,评估内涝风险状况,结果显示城区内涝情况严重。根据模拟结果,厘清内涝原因,在绿色雨水基础设施的基础上,采用灰色雨水基础设施,提升该区域的排水防涝能力,确保郧县老城区在城镇化进程中排水防涝的安全性。通过MIKE FLOOD模型对工程方案进行校核,证实了工程方案具有可行性。     

考虑全寿命周期成本的供水管网优化设计

针对城市管网的传统优化设计中仅考虑初始投资而没有考虑运行过程中维修管理成本的问题,提出了基于全寿命周期成本(LCC)的管网优化模型和计算方法。通过对管网建造成本及运行阶段维修管理成本的定量分析,建立了以全寿命周期总费用最低为目标的优化模型,并利用PSO算法对管径进行优化设计。通过实例分析,分别得到两种常用管材的最优管径,并基于寿命周期成本对比分析为管网设计阶段的方案选择和优化设计提供了依据。     

河道边界水位对管道排水能力的影响分析

为保证城市排水安全,缓解城市内涝,针对河道排涝水位对管道排水的动态影响问题,选用宿迁市马陵河排水片区为研究区,基于SWMM模型,模拟2、3和5 a重现期暴雨条件下出水口管道分别为自由出流、半淹没出流和完全淹没出流3种情形的管道相对排水能力变化,并在此基础上探求马陵河各分段控制水位。结果表明:管道水流主要受河道高水位作用,即管道完全淹没出流时,排水能力随水位的升高而不断减小,减小程度与末管道高差和水位动态顶托管道水流有关。此结论可为城市排水管网改造及河道调控水位除涝提供科学参考。     

城市供水管网黄锈水控制技术

为了控制城镇供水管网中黄锈水污染现象,采用 EPANETH 软件对供水管网进行水力、水质模拟,将阀门的开启度变化作为控制供水管网水流流态的主要因素,模拟不同阀门开启度下的黄锈水浊度,并将数据整理为一个数值模拟矩阵,运用非线性映射原理将该数值模拟矩阵转换为低维的点集。以降低管网中黄锈水浊度为目标,依据非线性映射原理对低维的点集进行聚类分组。在分组的点集里分别选出最具代表性的点,所选点的集合即阀门优化调度的组合。对阀门组合每一开启度下的浊度值进行多次采集,得出最佳开启度组合。模拟结果表明: 最佳的阀门号调度组合为: 5,13,60,36,65,41; 对应的开启度分别为: 50% ,50% ,70% ,50% ,80% ,60% ; 对应阀门处黄锈水的浊度分别降低: 6. 86 NTU、5. 00 NTU、6. 38 NTU、2. 07 NTU、8. 01 NTU、2. 59 NTU。研究结果对于控制城镇供水管网中的黄锈水现象具有参考价值。     

考虑城市管网的分布式水文模型子流域划分及编码研究

在基于子流域划分的分布式水文模型应用中,城市区域雨水管网的存在使得原先不相连通的区域具备了汇流的条件,从而改变了天然地表径流汇流路径。另一方面,城市区域还存在着污水管网汇流,其对子流域编码的上下游关系要求往往会和通常的天然水系上下游关系相冲突。因此,在城市区域进行子流域划分和编码的时候,需要考虑雨水管网和污水管网的影响。通过将雨水管网等同于天然河道,参与DEM高程修正,实现雨水管网对汇流路径改变作用。通过对基于天然水系汇流关系得到的子流域进行重新编码,得到能够同时满足天然水系汇流以及污水管网汇流要求的编码序列。以深圳坪山河流域为例进行的实例应用表明该方法可有效地解决雨水管网和污水管网的影响问题。     

灌区自压微灌独立管网系统优化设计研究

微灌管网系统由田间管网系统和骨干管网系统两部分组成,田间管网入口所需压力只与灌水器设计工作水头及田间管网允许水头差有关,因此两部分的优化问题是相互独立的。目前田间管网优化设计主要是在限定面积且布置已定的情况下进行支毛管管径组合优化。本研究在不限定管网系统面积的情况下建立了单向毛管田间管网、双向毛管田间管网及自压微灌骨干管网的优化设计数学模型,可同时完成相应管网的优化布置和优化设计且能得到最佳控制面积。利用解的不可行度对随机产生的初始种群进行选择以改善种群质量,利用罚函数法处理约束条件,应用遗传算法进行优化计算。结果表明:双向毛管田间管网在控制面积及单位面积投资两方面均优于单向毛管田间管网,推荐以双向毛管田间管网优化结果为基础进行骨干管网的优化,算法收敛性能稳定,具有较高的计算精度,此优化设计研究成果对自压微灌系统设计及区域管网优化设计具有一定的实际意义。     

城市给水系统优化调度研究

用水量预测研究和给水管网数学模型研究是优化调度的基础,用水鼍预测模型是在分析城市用水量序列数据模式的基础上,综合利用统计回归的方法建立的数学表达式;给水管网数学模型是建立水厂出厂压力和流量与管网测压点之间的经验数学表达式,它反映了给水系统的运行工况.优化调度模型的建立和求解是优化调度的核心.     

基于EM算法的树状注水管网优化设计

针对油田系统中的树状注水管网的拓扑优化问题,以最小管网造价为目标函数,以站、间、井的隶属关系惟一性及服务能力等为约束条件,建立优化数学模型。尝试利用一种新型优化算法——类电磁机制算法对模型进行求解,该方法以站、间的空间位置作为带电粒子,在若干带电粒子形成的电场中,粒子受力移动以更新管网的拓扑结构及站、间规模,实现对管网造价的优化。运用实例进行优化验证,优化后的管网造价与原管网的布局造价相比降低了15.28%,充分表明了EM算法在油田树状注水管网拓扑优化方面的有效性。     

管道系统漏损控制技术进展

为了提高供水效率和运行管理水平,针对国内外关于供水管道系统漏损控制方面的现状,从管网故障监测技术及设备、泄漏定位模型方法、信号辨识与算法寻优、健康维护和智能管理等视角梳理了管道系统泄漏监测与漏损控制技术的进展及存在的主要问题,分析了各检测方法用于管网泄漏问题的适用性。在此基础上,从实用角度提出了管网漏损控制值得解决的关键问题和方向如下:(1)针对漏损的监测和预警,应研究面向漏损监控的管网网络组建优化布置及快速预警技术;(2)针对小泄漏的定位模型,应研究管网漏损区域辨识与基于水力反问题分析的主动检测理论和方法;(3)针对检测设备研制,应重点研发基于探地雷达、光纤传感和内窥机器人等新技术的关键设备;(4)针对管网健康维护和智能管理,应研究复杂管网独立计量区域划分方法及管网健康评价和优化维护技术。     

喷灌系统优化设计混合模型及其求解方法

本文提出了喷灌系统优化设计的混合模型及其求解方法，对于该模型中管网优化块角结构线性规划子模型提出了新的算法，该方法在求解此类问题时比单纯形法快得多，这就与大中型喷灌系统的优化设计提供了可能。     

基于SWMM的城市排水管网优化模拟

通过改变影响排水条件的因素如管径、管道坡度、下垫面性质、检查点埋深等,对不同情景下研究区域排水情况进行模拟,并对模拟结果进行分析评估,确定了影响管网溢流的主要原因。依据模拟结果,针对引起节点溢流的主要影响因素,相应地制定了多种方案对研究区域管网进行优化改造,并对优化后的管网再次进行模拟以检验优化效果,根据模拟结果从多种方案中选取最佳改造方案。研究结果可以对城市雨洪管网的设计和改建提供技术支持,以减少洪涝灾害造成的损失。