管网优化设计课件.ppt

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1、目录7.给水管网优化设计7.1给水管网造价计算7.2给水管网优化设计数学模型7.2.1泵站年运行电费和能量变化系数7.2.2给水管网优化设计数学模型的约束条件7.2.3给水管网优化设计数学模型7.3树状网与环状管网管段流量近似优化分配计算7.3.1树状管网计算管段流量近似优化分配计算7.3.2环状管网管段流量近似优化分配计算7.3.2.1管段流量优化分配数学模型7.3.2.2管段设计流量分配近似优化计算7.1给水管网造价计算1，管网造价参数的计算造价公式：参数的计算2，管网造价参数的计算给水管道单位长度造价（元/m）参数的计算2，管网造价参数的计算3，参数两种方法：A，作图法；B

2、，最小二乘法。A作图法1，第一步确定参数，即以D为横坐标，c为纵坐标，将（c，D）的数据点画在方格纸上，并且用光滑曲线连接这些点，曲线延长后与纵坐标相交，相交处的截距即为。2，第二步确定参数，即将公式改写为：，以D为横坐标，为纵坐标，将数据点画在双对数坐标纸上，并且画一条最接近这些点的直线，直线与纵坐标相交点的截距值即为，直线的斜率就为B最小二乘法采用黄金分割最小二乘法求管段造价参数时,按最小二乘法原理，假设已知，则有：因为取值一般在1.0~2.0之间，在此区间用黄金分割法（或其他搜索最小值的方法）取不同的值，带入左边公式求得参数，和均方差，搜索最小均方差，直到步距小于要求值（手

3、工计算可取0.05，用计算机计算可取0.01）为止，取最后的值。7.2.1泵站年运行电费和能量变化系数7.2.1.1给水管网优化设计目标函数7.2给水管网优化设计数学模型7.2.1泵站年运行电费和能量变化系数7.2.1.2目标函数具体公式：参数的计算1，值的计算供水能量变化系数。中等城市可参照：网前水塔的管网为0.5~0.75，无水塔的管网为0.1~0.4参数的计算1，值的计算若泵站扬水至近处水塔或高位水池，扬程基本不变（），即全部扬程为静扬程，则：参数的计算1，值的计算若泵站扬水至较远处且无地势高差，其扬程全部用于克服管道水头损失（），即全部扬程为动扬程，则：实际情况下，泵站既

4、要提供静扬程，又要提供动扬程，则用加权平均方法近似计算，即：7.2.2优化设计的约束条件1，水力约束条件：2，节点水头约束条件：3，供水可靠性和管段设计流量非负的约束条件：4，管径约束条件：管网优化计算的目的是，在技术上满足城市供水水量、水压和水质要求，在经济上做到费用最小。给水管网是复杂的系统，在管网布置、用水量、泵站和蓄水池的类型和数量、管材选用和价格、电费等方面，各城市的情况相差很大，因此难以有通用的优化软件可以到处应用。某些管网优化问题可以用标准线性规划程序，而另一些则需用动态规划或探索法如遗传算法求解，有时则需要将几种方法组合起来以得到优化的结果。树状网和环状网的优化计

5、算有本质上的区别。树状网任一管段的流量仅和其下游的节点流量有关，而和管径的大小无关。可是环状网却不一样，整个管网的流量分布受到用水量和管径大小的影响。所以从理论上讲，环状网的优化计算比树状网要复杂得多。环状网优化计算时，有一些管段将由于管径为零而消失，从而成为树状网。环状网的优点是一节点用水可由多条线路供给，使管网出现故障或维修时用户的损失可减到最小，因而环状网系统具有较高的可靠性和灵活性。但是环状网的造价较树状网高，所以在设计时必须同时考虑费用和可靠性问题。7.2.3给水管网优化设计数学模型优化设计目标压力保证：式中：—管网任意点的自由水压（m）；—允许的最大和最小自由水压(m

6、)。用概率表示时为：—允许的水压保证性概率值。式中：rp,a—配水源到管网内任一节点的水流停留时间允许值（h）水质保证：把余氯消耗和反应时间联系起来，用管网内水流停留时间T表示：式中rp,a—允许的水质安全性概率值。可靠性保证：即保证事故时管网允许的流量降低比：管网的可靠性约束条件为：式中:aa——允许的可靠度。7.2.3给水管网优化设计数学模型设计目标（经济性、水质安全性、可靠性）和管径d大小的关系见下图，横坐标d表示管网整体的管径大小趋势。图1设计目标和管径的关系7.2.3给水管网优化设计数学模型管网布局优化管网布局在整个给水系统优化中处于十分重要的地位，一个工程管网总投资约

7、占整个系统初投资的70%左右，800mm管线长度增加一米，整个一次网初投资就增加约1200元（不包括泵送能耗）。但从经济性上来考虑，环状管网理论上不存在最优布局问题，但如果兼顾到管网的可靠性，在寻求到最优树之后可在适当位置连接成环。7.2.3给水管网优化设计数学模型布局影响因素a.管材费用的影响b.运行费用的影响c.施工条件的影响同样一条管线，穿越普通街道和穿越繁华商业街所需要的施工造价显然不同；同样一条管道，横穿马路和横穿铁路的施工造价也是不同的；同样一条管道高架敷设和直埋敷设