市政管网优化技术现状及趋势探究

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1、市政管网优化技术现状及趋势探究摘要：市政管网优化技术的目的是提高城市水源的利用率，是解决我国水资源短缺的有效措施。木文首先介绍了我国市政管网优化技术的历史进程，然后对我国市政管网优化技术的研究现状、存在的问题及发展趋势进行了探究。关键词：市政；管网；优化；现状；趋势中图分类号：TU99文献标识码：A文章编号：1市政管网优化技术的历史进程管网优化是一个交叉学科问题，涉及最优化数学理论、技术经济评价体系以及相关计算机功能软件的运用，被广泛应用于城市供排水、农业灌溉、油气输送等领域。管网优化主要是根据优化的目标体系构造模型，利用最优化理论和方法，选取合理的设计参数，确定切合工程实

2、际的设计方案，并以此作为工程建设施工和运行管理的科学依据，力求获得使管网投资、年运行费或单位面积上投资最小，稳定性强，可靠性高，运行效果佳的管网系统。早在20世纪60年代，国外就开始用系统分析方法优化树状管网。与世界前沿研究进程相比，我国市政管网优化设计的研究相对滞后20年左右。市政管网优化技术先后经历了以下儿个阶段：经典优化理论在市政管网优化中的应用，代表理论有线性规划、非线性规划、动态规划法等；启发式算法在市政管网优化中的纵向发展，主要有遗传算法、人工神经网络法；多方法优化在市政管网优化中的横向结合，主要表现在线形规划、模糊数学、动态规划、遗传算法相结合的方法，以及地理

3、信息系统（GIS）.MATLAB等计算机软件相结合的方法；分级优化在管网优化中的应用，随着传统算法到新型算法的渐变，分级优化方法已经发展成为更加合理精确的优化方法。2市政管网优化技术的研究现状市政管网分为给水（供水）管网、雨水管网、污水管网。经过近40年的发展和演化，我国市政管网优化技术发生了巨大变化，其优化技术先后经历了从经典传统单一型向新型复合型的渐变过程。2.1遗传算法在管网优化中的应用遗传算法是模拟达尔文生物进化论的口然选择和遗传学机理的生物进化进程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的力法。周荣敏等（2001年）以遗传算法和图论为理论基础，以管网投资最

4、小为目标，研究应用单亲遗传算法进行树状管网的优化布置。缪海洋等（2005年）在标准遗传算法的基础上，利用传统优化方法中的坐标轮换寻优法进行局部微调，在环状管网水力平衡计算中获得较高精度。陈磊等（2003年）采用遗传算法优化改进BP神经元网络的拓扑结构，模型预测结果比较理想。金溪等（2007年）应用遗传算法对供水管网压力监测点优化布置模型进行求解，验证了求解算法的可行性及优化模型的正确性。董深等（2007年）通过遗传算法对给水管网优化模型中存在的问题进行优化，结果表明改进优化模型在经济性和供水安全性方面具备优越性。遗传算法虽具有高度的并行处理能力和良好的全局搜索能力，但局部寻

5、优能力相对差，易出现早熟现象。遗传算法借助随机进化机制控制优化过程，性能上既优于非线性的爬山搜索法，乂具备枚举法的离散变量组合特性，适用于解决离散管径的组合优化问题。2.2数学模型在管网优化中的应用MarquardtD（1963年）提出采用非线性模型，借助最小二乘法，研究管网系统优化问题，取得很好的收敛效果。周荣敏等（2002年）基于Hopfield神经网络模型的优化方法，建立自压式树状管网神经网络优化设计模型，实现了树状管网全局最优化设计。卜义惠等（2003年）建立了给水管网系统实用优化改扩建模型，在不影响水力模型计算精度的前提卜，引入管网简化对非改扩建区域的管网实现任意

6、程度的简化，实例验证并取得较好效果。张风娥等（2007年）应用EPANET水力平差模型验证供水管网的运行情况，根据平差结果对管网进行优化调整，得到满足水压要求的供水管网铀设方案，为供水管网的优化提供科学依据。吴永强等（2010年）提出供水管网优化规划的数学模型，对供水管网进行系统优化，取得较理想的经济效益。2.3计算机技术在管网优化中的应用随着计算机技术飞速发展，市政管网计算机辅助设计软件得到较大发展，大多是以AutoCAD为操作平台，主要有市政管线设计软件HY-SZGXV4.0、WaterCAD.天正给排水（TWT）、理正给排水设计软件以及给水系统优化软件（WADSOP）

7、。Andrade等（1999年）开发了基于Windows平台的灌溉系统有压管网压力和水量分配仿真模型SPRINKMODo催海顺（2006年）采用Excel软件对排水管网进行了优化设计，使用方便，输出直观，优化效果好，便于与其他软件资源共享。Morley等（2001年）开发了基于GIS的管网优化决策系统软件(GAnet),可用遗传算法进行管网优化，并具有二次开发功能。3市政管网优化屮存在的问题及其解决方案2.1系统布置不合理及解决方案我国经济高速发展，城市化进程加快，口来水普及率稳步提高，传统管网布局和规划科学性差，