供水管网维护技术的体系架构与递进式选择模式分析

融合给排水管网维护领域的最新进展,构建了供水管网维护技术的层次化体系架构.提出了供水管道维护技术的多阶段递进式选择模式,包括"可挖性辨识—缺陷性判别—适宜性评估—偏好性优选"四个阶段.以浙江省某县城为例进行研究,成果可为供水管网维护技术选择、决策优化提供技术支撑.     

基于MTSP的给水管网定线优化设计

为优化城市给水管网系统设计以减少工程投资、降低给水泵站扬程、保证供水运行安全、方便维护管理,基于MTSP优化理论,结合城市给水管网设计理论和实际工程中管道定线的要求,针对目前城市给水管网管道定线设计中存在的一些问题,提出了一种基于MTSP的管道定线优化设计方法,并尝试将MTSP基本方法应用于给水管网优化设计中。实例计算表明,该方法能够使管道定线总长度最短,从而达到优化设计的目的。     

城市供水管网安全评价指标体系确定

对比国内外城市供水管网安全评价的研究进展,结合指标选取的原则,构建供水管网安全评价指标体系,从管网物理安全性和功能安全性角度,遴选涵盖管道状态、节点状态、综合维护等3个方面的14项指标,分析相关指标内涵,介绍确定指标权重的评价方法。研究结果为供水管网安全评价的定量分析奠定坚实基础,为保障供水安全提供科学支撑和理论支持。     

供水管网优化调度决策支持系统开发与应用

供水管网优化调度的目标是运用数据采集、优化决策支持和调度执行等信息化技术,安全可靠地将符合流量、压力和水质要求的水供应给用户.供水管网优化调度决策支持系统包括供水系统的模拟、用水量预测、优化调度决策和运行状态评估.该决策支持系统包括宏观水力模型、微观水力模型、水质模型、考虑供水经济性和水质安全性的多目标优化决策模型.采用单目标优化决策模型与多目标评估体系相结合的方法来考虑供水经济性和水质安全性,开发了供水管网优化调度决策系统,并进行了实践应用.     

供水管网优化规划数学模型研究

为了适应供水管网优化规划的需要,应用系统工程的理论和方法将供水源、供水管网和用户作为一个整体进行讨论,使总的经济效益最佳,为此提出了供水管网优化规划的数学模型,并用遗传算法进行优化求解。     

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。     

基于多决策变量协同设计的供水管网多目标优化模型研究

在城镇供水管网设计中,管线布置和管径搭配是影响工程经济性和可靠性的重要因素。为提升管网设计的整体优化水平,以管线布置和管径搭配共同作为决策变量,选用"管网建造费用"作为经济性目标函数,选用"管网管段压力均值"、"管网恢复力"和"枝状管流量和"作为管网可靠性目标函数,建立供水管网多目标优化设计模型。使用MATLAB平台搭载EPANET2动态链接库,采用改进的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解模型得到帕累托(Pareto)前沿解集,并使用多标准优化和妥协解决方案(VIKOR)法选出最优折衷设计方案。最后以广东省某城镇供水管网设计为例进行验证,得到的前沿解集在多维目标空间中分布均匀,且选出的最优折衷方案综合效益良好,证明了供水管网管线布置和管道尺寸协同设计的科学性和有效性。     

供水管道压力调控对漏水量影响的试验研究

在某城市供水管网中,以消火栓模拟管道漏水点,利用减压阀在供水高压区进行管道压力调控,分析不同管径的管道压力变化对漏水量的影响,以及不同减压区间的漏水率降低效果。试验结果表明,压力管理是一种行之有效的漏损主动控制方法,利用减压方式供水在优化管网运行条件的同时,可以有效地减少管网漏水量;漏水量与管道压力呈指数规律变化,该指数随减压阀所安装管道的直径不同而异;降压减漏效果对相同管径的管道在高压区更有效,而对基本相同的压力降压范围,管径越大效果越明显。实际操作中采用何种减压方式及降压范围和管段须结合管网具体情况优化选择。     

注水管网拓扑结构与管径优化

在油田注水需求逐年调整的情况下,已建管网存在输送能力与注水系统配注量不匹配的问题,导致油田配注率不合格且能耗损失严重.现有油田注水管网优化研究主要集中于新开发区块的管网设计,而对于老区块注水管网改扩建的优化研究较少,其难点在于变量之间耦合关系复杂.基于原管网的输送能力和注水需求,考虑流量平衡约束、压力和流量约束,以运行费用和建设费用最小为目标函数,建立混合整数线性规划模型(MILP).模型主要的决策变量为新建管段的位置和管径、各站的外输压力和流量、管道的流量和流向以及建设和运行费用.该模型应用于塔河油田第二采油厂,结果表明:为满足现场工艺、压力要求和配注需求,该采油厂需扩建两条管道.最后进行了需求量的敏感性分析,进一步证明了该模型的实用性.该模型不仅为油田注水管网改扩建优化提供了决策支持,也为其他介质的输送管网提供了借鉴和参考.     

基于遗传算法参数优化的供水管网模型研究

提出一种基于遗传算法参数优化的管网模型建立方法,将现代控制方法与传统力学模型相结合计算管网的局部水头损失和沿程水头损失。分别运用BP算法模型和基于遗传算法优化的海澄威廉模型对结构简单的供水管道网络实例进行管道仿真和比较,结果证实基于遗传算法优化管道模型参数方法既保证了模型的稳定性,又能提高模型的精度,同时降低了模型建立的复杂度。     

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。     

A Life Cycle Oriented Multi‑objective Optimal Maintenance of Water Distribution: Model and Application

Aiming at trading off several conflicting criteria in practical maintenance in a deteriorating water distribution network, a life cycle oriented multi-objective optimization model of water distribution network maintenance is developed, which is composed of seven interrelated sub-models with different functions. This model can provide decision support for preventive maintenance decision, including identifying the pipeline that needs to be maintained, judging the time point for maintenance, determining the type of maintenance technology, calculating the economic cost of maintenance, and presenting the impact under different maintenance strategies. Based on the life cycle of each pipeline, multiple effects in the water distribution can be dynamically evaluated, such as pipeline age, failure rate, hydraulic reliability health level etc. Based on special design of chromosome gene encoding, the algorithm of elitist Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) is incorporated to achieve multi-objective optimization solution effectively. With application of a county in Zhejiang province in China, three strategies including empirical decision single-objective optimization decision and multi-objective optimization decision are evaluated and compared to the baseline systematically. Although the annual maintenance cost of strategy III is not the lowest among those three strategies, the pipeline age, failure rate, hydraulic reliability, and health level of the water distribution network under the strategy are at the best level. With multiple objectives considered simultaneously, the results of strategy III are recommended as the optimal maintenance implementation arrangements. This model can promote to find an optimal maintenance strategy, and provide a technical support for the planning, design and implementation of maintenance arrangements of water distribution network in a long-term period.

     

基于遗传算法的给水管网多工况优化设计

目前大多数基于遗传算法的给水管网优化设计在供水安全性和经济性方面都存在不足。本文针对这些不足,对优化设计的目标函数进行了改进,加入了流速约束,提出了流量已初分配的给水管网多工况的优化设计,并采用罚函数法予以实现。最后对青岛市出口加工区管网进行了优化求解,通过优化结果的对比,验证了该设计方法的实用性及其在供水安全性和经济性方面的优点。     

海底输水管道中气阻及水击问题研究进展

针对海底输水管道工程中存在的对输水目标不利的驼峰气阻和水击问题,引入气泡理论和流态分析方法计算分析跨海输水管道中驼峰气阻的形成过程,采用特征线法建立输水管道中加压泵事故断电引发的水击计算模型,介绍了海底输水管道中的水击防护措施,指出空气罐在海底输水系统中有特殊的优势,和管道一体化后可实现海底封闭式供水,描述了空气罐的数学模型。认为海底管线布置应尽量保证地形平缓,应充分重视空气罐防护技术,它们是实现海底输水管道安全运行的关键。     

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。     

管径在给水管网故障率定量模型构建分析

根据南方某市供水管网属性数据和故障统计数据,对管网爆管和泄漏的影响因素进行权重分析,提出在生产实践中管径可作为管网故障的关键表征因素。在此基础上借助SPSS软件建立了基于管径单因素的管道故障率模型．该模型在管径400mm处分段构建,平均误差3．18％,拟合精度良好。该模型定量阐释管径因素在管网故障诊断中的作用。并提出可将故障率模型作为约束条件引入大型给水管网的优化设计过程。对管径在给水管网故障控制中的关键作用进行了有益的探索。     

锁金山水电站技术供水系统改造

论述了锁金山水电站技术供水系统改造工程实况,包括设置进水口自动清污机、选择新的供水泵、改造供水管网、更新管道滤水器等项目。供水系统改造投入使用后,经过近2 a的运行检验,其工作可靠性高,运行方式灵活,维护工作量小,运行成本低,取得了较好的效果。     

Utility-Based Maintenance Optimization for Complex Water-Distribution Systems Using Bayesian Networks

Water supply systems (WSS), as well as other real-world systems, are characterized by complex configurations. For these systems, it is essential to ensure appropriate utility through optimal maintenance planning. The difficulties in decision-making are much increased by lack of information regarding the operation and failure conditions. When maintenance optimization is considered for systems configured as networks, comprising a large number of components, the main challenge is to model the reliability characteristics, such as availability, taking account of the interactions and dependencies between different components. The aim of this paper is to provide an optimal Preventive Maintenance (PM) plan with a view to maximizing the utility of a complex repairable system using Bayesian Networks (BNs). For each node of the BN, the optimal PM periodicity is obtained, in accordance with the policy of periodic imperfect PM with minimal repair at failure. The system availability is then computed, by Bayesian inference, for various combinations of nodes, or subsystems, periodicities and partial renewals before the complete renewal of the whole system. A utility function is then introduced to provide the maintenance plan for the system, leading to the implementation of the best policy. The methodology is illustrated by numerical application on WSS.     

自动化系统在新疆某供水工程中的应用

新疆老君庙二级供水工程位于荒漠化地区,冬季寒冷、夏季炎热、昼夜温差大,且供水管道距离长、分布范围广,给管网的实时监测和维护带来极大困难,对供水管网进行实时监测、调度和集中管理非常必要。介绍了该供水工程中自动化系统的构成,包括通信系统、计算机网络系统、联合调度系统、管线监控系统、视频监视系统及自动办公系统。系统的成功运行,实现了关键供水参数的监测预警和对采集数据的存储分析,且能够发现漏水点,避免了安全事故的发生。 