加压泵站的污水管网系统的优化计算

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1、第!!卷第"期运筹与管理#$%&!!，’$&"())(年*月+,-./01+’2.-2-/.34/’56/’/7-6-’0231-’3-89:&，())(带有加压泵站的污水管网系统的优化计算黄怀友!，陈森发!，陶明(，骆颖(（!@东南大学经济学院系统工程所，南京(!))<*；(@南京市排水处，南京(!)))<）摘要：本文对带有加压泵站污水管网系统的优化问题进行了研究，建立了优化计算的数学模型，根据模型提出了有效的优化方法编制了相应程序，最后通过实际案例计算、比较表明，效果令人满意。关键词：最优化；平均坡度；链表；遍历；面向对象中图分类号：0A<<(B+((

2、>文章标识码：/文章编号：!))=;"((!（())(）)";)!!(;)*!"#$%&’(’)*&’+,+-.*/
*’,*2#34/&#(5’&"61#//71’)#867(%’,23&*&’+,4A/’749CD;E$9!，34-’2F:;GC!，0/+6D:H(，IA+JD:H(（!@!"#$%$&$’()*+#$’,#-".%"’’/%".()-0("(,%01"231"1.’,’"$*04((5，*(&$4’1#$6"%78，91":%".(!))<*，;4%"1；(@<’=$8()91":%".

3、.(!)))<，;4%"1）9:/&1*;&：0KDLMCMFNKCLODLP9LLFOQKF$MQDRDSCQD$:$GTCLQFONCD:CHFLELQFRTDQKMNFLL9NDSFOM9RMD:HLQCQD$:，U9D%QCRCQKR$OF%，C:OM9QG$NTCNOC:FGGFPQDVF$MQDRDSD:HRFQK$OC:OMN$;HNCRRFOQKFLELQFR&WD:C%%EUED:LQC:QDCQD$:C:OP$RMCNDL$:GN$RCMNCPQDPF，TFKCVFG$9:OQKCQQKFNFL9%QDLLCQDLGED:H&<#45+

4、18/：$MQDRCSCQD$:；CVFNCHFHNCOF；PKCD:；LPC:；$UXFPQ;$NDF:QFO)引言随着城市污水管网的更新、改造和扩建，城市的污水管段配合问题及如何科学合理的添加泵站问题日益突出，即当输送污水管道较长时，在管网中产生较大的埋深，为了维持管网的压力即保持输水费用的平衡，一定要加一加压泵站提升。而按常规做法，往往凭经验设计管径及收稿日期：())(;)";!)作者简介：黄怀友（!<=<;），男，安徽太和人，东南大学系统工程所研究生，硕士，主要从事系统优化与分析；陈森发（!<>?;），男，广东潮安人，东南大学系统工程所教授，博导，

5、主要从事大系统优化；陶明（!<*";），男，江苏南京人，南京污水排水处工程师，主要从事排水工作；骆颖（!<*";），女，江苏南京人，南京污水排水处高工，主要从事给排水工作。第&期黄怀友，等：带有加压泵站的污水管网系统的优化计算!!&选择泵站位置，造成配置的非最优化及资源的浪费，以至满足不了系统节省资源及灵活的进行管网改造的要求。鉴于这种情况，本文通过一定的数学模型进行管段优化，在各个输水干管上进行管径的优化组合及在合适的位置增建加压泵站。对管网水压进行局部提升，在满足埋深及流速、充满度、最小坡度约束的前提下，尽可能选择加压泵站的合理位置，从而降低运行电耗总

6、的费用，特别是在前段管段终点埋深不大情况下，可以通过选择不同的坡度控制系数，减小管径及增大前段管段的最终埋深，节约潜力更大。!优化的数学模型!"!假设（!）污水流满足稳定和均匀的条件。（"）污水厂位置和污水源地面高程已知；各污水源的排放量也已知。!"#模型污水管网中管道的投资费用（包括材料费和埋设费）可表达为：!#$!%&!!’&"!(（!）"#$"#"#"#式中，!是管道"#投资费用；%，’，(分别是管道"#管径、平均埋深和管长；&、&、$为常"#"#"#"#!"$数，其值由最小二乘法确定。泵站的投资费用由下式估算：!#$!*+（"）)%)式中，!为泵站

7、的投资费用；+、$为常数，也由最小二乘法确定。)%流量公式*#,!-（&）流速公式-#!!（.!/）!／"（’）其中：*为流量，,为过水断面面积，-为流速，.为水力半径，/为水力坡度，!为流速系数或谢才系数。!一般按曼宁公式计算，即：!#（!／0）!.!／%（$）将公式（$）代入公式（&）和（’），得-#（!／0）!."／&!/!／"（%）*#（!／0）!,!."／&!/!／"（(）0为管壁粗糙系数。该值根据管渠材料而定。混凝土和钢筋混凝土污水管道粗糙系数一般取)*)!’。又：/#［（1"+2"）+（1#+2#）］／("#（,）其中：1，1分别为管道"#的

8、起点和终点的地面高程：2，2分别为管道"#的起点和终点埋深。"#"