基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法技术

本发明专利技术公开了一种基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法，在建立供水管网输配系统模拟平台基础上，对管网的各状态变量进行模拟仿真；然后根据管网模拟仿真数据判定管网末梢是否存在低压点，如存在，确定低压点的位置及个数，根据需求增设加压泵站；最后利用NSGA‑Ⅱ遗传算法求解泵站出水压力，降低管网漏损量，设置目标函数一：最小化一天平均漏损量；再利用NSGA‑Ⅱ遗传算法对泵站内部进行优化，进一步减少经济成本，科学设置泵站参数，设置目标函数二：最小化泵站运行成本。本发明专利技术在提高用户用水压力的基础上，保证管网运行安全，新加入了管网漏损量指标作为目标函数，在满足末端需求的同时，减少了管网的漏损水量，为管网正常运行提供安全保障。

【技术实现步骤摘要】
基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法
本专利技术涉及一种基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法。
技术介绍
在水资源日益短缺、经济发展和人民生活对水质和水量需求日益增多的今天，保证城市供水管网稳定、安全、可靠的运行，减少市政供水不足及城市供水漏损已成为一项亟待解决的问题。因此，在深入研究管网运行状态、掌握管网运行模式的基础上，采用科学方法，提出一套结合加压泵站科学全面优化市政管网供水压力，以指导管网改造与安全运行，具有重要的社会、经济意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供一种基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法，解决现有技术中市政供水管网供水压力不足、用户需求得不到满足的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法，包括以下步骤：(1)在建立供水管网输配系统模拟平台基础上，对管网的各状态变量进行模拟仿真；(2)根据管网模拟仿真数据判定管网末梢是否存在低压点，如存在，确定低压点的位置及个数，根据需求增设加压泵站；(3)利用NSGA-Ⅱ遗传算法求解泵站出水压力，降低管网漏损量，设置目标函数一：最小化一天平均漏损量；再利用NSGA-Ⅱ遗传算法对泵站内部进行优化，进一步减少经济成本，科学设置泵站参数，设置目标函数二：最小化泵站运行成本。所述步骤(1)建立供水管网输配系统模拟平台包括：首先拟定管网参数，其中包括出水压力、管材、管径、管长、摩擦系数参数，根据拟定参数，确保运行较准确情况下，在EPANET软件中进行模拟运行，得出模拟结果；利用EPANET软件建立供水管网输配系统模拟平台。所述步骤(2)加压泵站的设置包括：通过在EPANET中增添加压泵站相应组件，求解如泵特性曲线、清水池体积、出站压力、出站流量参数，再次模拟运行模型后，得出新的管网末梢节点压力，使末梢节点压力满足用户正常压力需求。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过上述技术方案，改进了市政管网运行过程中管网末梢节点用户用水压力不足的问题，以往市政管网增压方法，仅是考虑选址后建设泵站，优化泵站的内部流量、压力等参数来满足管网末端的用水需求问题，对比以往方法，本专利技术在提高用户用水压力的基础上，保证管网运行安全，新加入了管网漏损量指标作为目标函数，在满足末端需求的同时，减少了管网的漏损水量，为管网正常运行提供安全保障。附图说明图1是加压泵站优化设置方法流程；图2是示例管网。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行作详细描述。本专利技术致力于解决基于市政供水管网供水压力不足、用户需求得不到满足的问题，具体包括以下步骤：1、首先拟定管网参数，其中包括出水压力、管材、管径、管长、摩擦系数等参数，根据拟定参数，确保运行较准确情况下，在EPANET软件中进行模拟运行，得出模拟结果。利用EPANET软件建立供水管网输配系统模拟平台，对管网的各状态变量进行模拟仿真。2、根据管网各末梢节点压力变化范围，判定是否符合用户用水需求，在满足用水需求前提下选择适宜方案。1)根据模拟结果判定管网范围内是否存在低压点(不满足运行模拟要求的用户)，如存在低压点，可能不唯一。2)在存在低压点的情况下，即不满足用户正常需求，则需要设置加压泵站进行压力补充，通过在EPANET中增添加压泵站相应组件，求解如泵特性曲线、清水池体积、出站压力、出站流量等参数，再次模拟运行模型后，得出新的管网末梢节点压力，使末梢节点压力满足用户正常压力需求。3)在确定设置加压泵站情况下，为满足管网末梢节点压力，可能同时存在多种泵站出水压力的解集，但各种方案的漏损量会存在差异，这就需要对多种方案进行筛选，选择出管网漏损量最低的合适方案。4)管网漏损量是供水管网在运行过程中由于一些管网原因，造成水厂所供水量在运输过程中流失，不能全部用于用户用水需求的客观现象。而在此过程中，减少管网漏损量对于降低水厂出水成本、降低供水管网事故风险有着重要作用。故设置目标函数一：最小化一天平均漏损量。3、确定采用局部加压方法后，需要科学地设定泵站内部参数，设置目标函数二：最小化泵站运行成本。主要考虑为泵站建设费用以及内部水泵参数，在满足漏损量最小的情况下进一步节约所需成本。具体实施步骤如下：第一步：拟定管网参数，包括出水压力、管材、管径、管长、摩擦系数等参数，根据拟定参数，确保运行较准确情况下，利用EPANET软件建立供水管网输配系统模拟平台运行图2示例管网，对管网的各状态变量进行模拟仿真，考察在全天内水力条件变化情况下，管网末梢节点压力范围。考察在全年高日高时时段内水力条件变化情况下，管网末梢节点压力范围。下图为示例管网，在本示例中，设置了如图所示两个加压泵站为管网末梢提供压力补充。第二步：根据管网历史记录数据及模拟仿真数据判定管网末梢是否存在低压点，如存在，确定低压点的位置及个数。是否设置加压泵站应根据第二步的模拟管网末梢节点压力判断如需设置泵站，设置约束条件：式中：H出为出水厂压力，f沿为管网沿程损失，f局为管网局部损失，f为总损失。H末为管网末梢压力值。经过以上参数设定，模拟运行结果将会显示出管网末梢节点压力，之后根据实际需求判定有无低压点。如存在低压点，进一步可得低压点位置及个数。根据低压点位置及个数，在模型中合理增设加压泵站，在EPANET软件模型中，通过设置加压泵站的提升压力，经过运行，可以达到满足管网末梢需求的要求，但一味提升管网压力可能会造成管网漏损、爆管等危及管网运行安全的隐患，所以本文将管网漏损量纳入考虑范围内，在满足末梢压力同时减少管网漏损量，保障管网运行安全。管网运行过程中，漏损量可用下述公式计算：式中：Q——漏点流量(m3/s)；C1——覆土对漏水出流影响，折算为修正系数，在实际工程中，一般取C为1；C2——流量系数(取0.6)；A——漏水孔面积(m2)，一般采用模型计收漏水孔的周长，折算为孔口面积，在不具备条件时，可凭经验目测；H——孔口压力(m)，一般应进行实测，不具备条件时，可凭管网平均控制压力；g——重力加速度，取9.8m/s2。由公式可以看出，漏点流量大小与压力存在关系，压力越高，漏损量也会随之增加，所以需要找出同时满足末端压力及漏损量最小的提升压力值。第三步：在确定加压泵站出水压力后，对于泵站内部选泵来说，也存在多种型号加压泵可以满足，但水泵功率、流量等涉及水泵特性的参数不同会导致泵站运行成本高低不同，所以需要对比筛选出符合实际情况的成本最小的水泵特性曲线，在此基础上，购置加压水泵，在管网长期运行中，降低所耗费用，降低成本。管网运行过程中，加压泵站成本值可用下述公式计算：式中：M——为新建加压泵站年成本值(元)；P’——为泵站造价动态折算系数；m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在建立供水管网输配系统模拟平台基础上，对管网的各状态变量进行模拟仿真；/n(2)根据管网模拟仿真数据判定管网末梢是否存在低压点，如存在，确定低压点的位置及个数，根据需求增设加压泵站；/n(3)利用NSGA-Ⅱ遗传算法求解泵站出水压力，降低管网漏损量，设置目标函数一：最小化一天平均漏损量；再利用NSGA-Ⅱ遗传算法对泵站内部进行优化，进一步减少经济成本，科学设置泵站参数，设置目标函数二：最小化泵站运行成本。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在建立供水管网输配系统模拟平台基础上，对管网的各状态变量进行模拟仿真；
(2)根据管网模拟仿真数据判定管网末梢是否存在低压点，如存在，确定低压点的位置及个数，根据需求增设加压泵站；
(3)利用NSGA-Ⅱ遗传算法求解泵站出水压力，降低管网漏损量，设置目标函数一：最小化一天平均漏损量；再利用NSGA-Ⅱ遗传算法对泵站内部进行优化，进一步减少经济成本，科学设置泵站参数，设置目标函数二：最小化泵站运行成本。


2.根据权利要求1所述基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法，其特征在于，所述步骤(1)建立供水管网输配系统模拟平台包括：首先拟定管网参数，其中包括出水压力、管材、管径、管长、摩擦系数参数，根据拟定参数，确保运行较准确情况下，在EPANET软件中进行模拟运行，得出模拟结果；利用EPANET软件建立供水管网输配系统模拟平台。


3.根据权利要求1所述基于供水管网漏损控制的加压泵站优化设置方法，其特征在于，所述步骤(2)加压泵站的设置包括：通过在EPANET中增添加压泵站相应组件，求解如泵特性曲线、清水池体积、出站压力、出站流量参数，再次模拟运行模型后，得出新的管网末梢节点压力，使末梢节点压力满足用户正常压力需求。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：彭森，张文远，王超，李旗，陈杨杨，田一梅，
申请(专利权)人：天津大学，天津生态城水务投资建设有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12