【技术实现步骤摘要】
一种区域企厂网河一体化联合优化调度的系统及方法
本专利技术涉及一种区域企厂网河一体化联合优化调度的系统及方法，属于水网管控的
技术介绍
水是生命之源，生产之基，生态之要。然而，我国水资源严重短缺且时空分布极其不均，北方淡水资源仅占全国淡水资源的五分之一。而对于南方地区，水质恶化是水资源难以利用的根本原因。随着社会经济水平的提高，我国水资源的供需失衡现象日益加重，水环境恶化等问题也关系到我国社会发展目标的实现。目前，我国的区域内各涉水要素的管理是碎片化的模式，包括区域各涉水要素的建设运营管理等事务分属住建、水务、环保等多部门；相互联系的涉水要素信息交互不畅通；涉水要素的调控各自独立。现有的管理模式将区域水循环过程中的供-需-排各组成部分割裂开来，导致区域涉水要素无法协调运行，无法有效高效解决水资源、水环境、水安全等水问题。因此，本专利技术提出区域企厂网河一体化联合优化调度的系统及方法，协调区域内的用水单元、供水系统、排水系统、污水处理系统及河湖系统等涉水要素，实现区域内水资源、水环境、水安全、水生态、...
【技术保护点】
1.一种区域企厂网河一体化联合优化调度的系统，其特征在于：包括水资源优化配置与分配系统、企业用排水系统和厂网河系统，所述水资源优化配置与分配系统和企业用排水系统通过自来水供水管网系统和再生水供水管网系统连接，企业内水分配网络优化与水资源优化配置与分配系统相联系；所述企业用排水系统与厂网河系统通过企业内污水处理站与污水管网系统及相应管道连接；/n所述水资源优化配置与分配系统包括自来水厂、再生水厂、自来水供水管网、再生水供水管网和调水工程；通过外地调水工程调入相应水量的外地水，通过自来水厂对相应水量的外地水和本地水均进行处理和消毒成为自来水，相应水质与水量的再生水则由再生水厂将...
【技术特征摘要】
1.一种区域企厂网河一体化联合优化调度的系统，其特征在于：包括水资源优化配置与分配系统、企业用排水系统和厂网河系统，所述水资源优化配置与分配系统和企业用排水系统通过自来水供水管网系统和再生水供水管网系统连接，企业内水分配网络优化与水资源优化配置与分配系统相联系；所述企业用排水系统与厂网河系统通过企业内污水处理站与污水管网系统及相应管道连接；
所述水资源优化配置与分配系统包括自来水厂、再生水厂、自来水供水管网、再生水供水管网和调水工程；通过外地调水工程调入相应水量的外地水，通过自来水厂对相应水量的外地水和本地水均进行处理和消毒成为自来水，相应水质与水量的再生水则由再生水厂将人工湿地的出水处理而成；处理后的自来水和再生水分别通过自来水供水管网和再生水供水管网供给至用水户；
所述企业用排水系统包括企业生产工艺环节、生产环节原位处理回用设备、企业非生产用水环节、企业内污水处理站；由自来水供水和再生水供水管网供给的水分配至对应的生产环节和非生产用水环节，经用水环节后产生的废水根据其水质及用水环节的水质要求按照水分配网络进行短流程回用和企业内回用，利用后产生的无法回用的废水进入污水处理站处理，处理后其水质若达到纳管水质标准则排入排水管网系统中，否则返回污水处理站进行再处理；
所述厂网河系统包括排水管网系统、污水处理厂、人工湿地、河湖水系和闸坝；用水户排出的污水进入污水管网系统中，通过排水管网系统中的泵站进行厂网联合调度，调控管网中的污水将其运输至污水厂，经污水厂处理后形成尾水，尾水全部进入人工湿地深度净化，净化后的水作为生态补水水源或再生水水源，通过补水管道排入河湖作为生态补水或净化至指定水质后进入再生水厂进行处理；
所述厂网河系统中雨水进入分流制雨水管道，经过雨水管道收集流向调蓄池，若雨水水质符合排放至河流的水质则进入调蓄池存储，否则进入处理设备经处理后达到指定水质后进入调蓄池存储。
2.一种区域企厂网河一体化联合优化调度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据区域水资源现状，建立区域水资源优化配置模型；
步骤2：根据区域水资源优化配置结果，调度区域水资源。
3.根据权利要求2所述的区域企厂网河一体化联合优化调度的方法，其特征在于：所述步骤1具体过程为：
步骤1.1：构建区域水网络：根据区域日用水量、用户日用水量及水质要求、企业内的新鲜水和污水的量及去向、污水厂的进出水量水质及去向的历史数据，绘制区域内的水的流动路线并标注路线上的水量及水质，形成区域现状水网络；
步骤1.2：增加可行的水流动路线，优化现状区域水网络：
1.21基于区域现状水网络图，增加涉水要素包括人工湿地单元、再生水厂单元与雨水管网内的调蓄池单元，并增加水的流动路线包括污水厂出水流向市政用水及人工湿地、人工湿地出水流向再生水厂和河流、雨水调蓄池出水排入河流；
1.22基于各企业内用水环节的需水量、水质要求、废水处理回用设备的处理能力，增加各企业内多用水环节及废水处理回用设备之间的废水回用的路线，若某一环节排出的废水水质满足另一环节的用水水质需求，则使排出废水进入该环节，即增加该两个环节间的水流动路线，否则不增加；
1.23基于各企业需水量与水质要求、进入再生水厂的水量以及再生水水质，增加再生水厂供给企业用户的水流动路线：若再生水水质满足企业用水水质要求，则增加再生水厂供给该企业的水流动路线，否则不增加；
步骤1.3：建立并求解区域多层次水资源优化模型：基于优化后区域水网络形成区域整体的多层次水资源优化配置模型，利用遗传算法求解优化配置模型，解得各个水流动路线的水量与水质，即为水资源优化配置方案。
4.根据权利要求2所述的区域企厂网河一体化联合优化调度的方法，其特征在于：所述步骤1区域水资源优化配置模型由目标函数与约束条件构成，具体内容如下：
(1)目标函数
1.1)新鲜水用量最少，即区域生产生活从河湖水系中取水量最少：
式中，Fi为各用水户的新鲜水用水量，单位为t/d；
1.2)系统污水处理成本最小，即新鲜水处理成本、再生水厂产生再生水的成本、企业内原位处理回用成本、污水厂处理污水成本、人工湿地处理污水成本之和最小：
式中，α为本地水占新鲜水的比例，Rpl为各用水户使用的来自再生水管网的再生水用水量(t/d)，Rf1，l为各企业用水户使用的来自原位处理回用的再生水用水量(t/d)，Rf2，l为各企业用水户使用的经污水站处理后的再生水用水量(t/d)，Si为园区污水厂处理的污水量(t/d)，Ci为人工湿地处理的水量(t/d)，Ra为雨水调蓄池处理的水量(t/d)，eα、e1-α、eRp、eSi、eCi、eRa分别为本地水、外地水、再生水、企业内原位处理、企业内污水站处理、污水厂、人工湿地、雨水调蓄池的吨水处理成本(元/t)；
1.3)河流水质提升幅度最大
f3＝min(cRi,1-cRi,0)
式中：cRi,1为采取措施后的河流水质(mg/L)，cRi，0为采取措施前的河流水质(mg/L)；
(2)约束条件
2.1)水量平衡：每一个涉水单元进水水量＝出水水量+损耗水量，损耗率记为βi
(1-βl)(Fl+Rpl+Rf1，l+Rf2，l)＝E1，l+E2，l
式中，βl为损耗率，E1，l为企业用水环节排向原位处理回用环节的水量(t/d)，E2，l为企业用水环节排向污水处理站的水量(t/d)；
2.2)供需平衡：优化配置前后用水户的用水量相等
工业用水：
Fl+Rpl+Rf1，l+Rf2，l＝Fi，0
生活用水：
F1＝F1，0
市政用水：
So1≥M
式中，Fl，0为优化配置前的各企业用水户的新鲜水用水量(t/d)，F1与F1，0分别为配置前后的生活用水量(t/d)，So1为优化配置后由污水处理厂供给市政用水的水量(t/d)，M为市政用水量(t/d)；
2.3)生态补水量需满足河流生态基流与防洪安全的要求
WR,N≤Co2+Ra≤WR,F
式中，Co2为从人工湿地排入河流的水量(t/d)。WR,N为根据河流生态基流量利用河流水力水质模型推算的河流最小需水量(t/d)，WR，F为推算的河流最大需水量(t/d)；
2.4)水资源可供水量限制：
式中，Wo为调水工程最大供水量(t/d)，Wl为本地水资源可供水量(t/d)。
5.根据权利要求2所述的区域企厂网河一体化联合优化调度的方法，其特征在于：所述步骤2具体为：
步骤2.1：调控输配水系统
2.1.1建立自来水管网水力模型
2.1.11建立供水管网水力模型：使用EPANET软件建立供水管网水力模型，输入区域用户的用水量历史数据以及供水系统的基础属性数据包括管道分布、管径、管道设计压力和供水泵站参数，运行模型实现对区域自来水管网的模拟。
2.1.12参数校核：输入历史供水量数据，利用水力模型计算获得模拟水压结果，将其与水压监测数据进行对比，并不断调整管道粗糙度参数数值，直至水压模拟结果接近实际监测数据。
2.1.13模型验证：多次输入不同组区域用户的用水量历史数据，运行模型获得模拟水压结果，若模拟结果与实际监测数据偏差小于20％，则模型可行，否则返回步骤2.1.12；
2.1.2建立再生水管网水力模型
2.1.21按照步骤1.2所获得的优化后区域水网络模型绘制由再生水厂提供的再生水的流动路线，并按照现有自来水管网分布绘制再生水管网分布；
2.1.22参照自来水管网水力模型的建立过程建立再生水管网水力模型；
2.1.3将步骤1.3所获得的水资源优化配置方案中各用水户的用水量作为模拟计算中的用户用水量输入模型当中，调整供水泵站的出水流量直至模型中各用户需水量被满足，供水泵站的出水流量即为供水管网的调度方案；
步骤2.2：管理企业用排水：包括短流程回用和企业内回用，短流程回用具体为：对生产环节的原位处理回用设备处理后排出的废水的水质进行判断，若废水的水质满足生产环节工艺对水质的要求，则废水可直接作为进水经过生产环节进行生产，否则排入污水处理站；
企业内回用具体为：对污水处理站出水水质进行判断，若满足用水环节水质要求则该废水进入用水环节，否则在污水处理站经处理达到水污染物排放标准规定水质后排入市政排水管道；
步骤2.3：调度厂网河一体化
2.31优化运行污水收集与处理系统；
2.32联合调控尾水处理与回用系统；
2.33控制入河水流的水量水质。
6.根据权利要求5所述的区域企厂网河一体化联合优化调度的方法，其特征在于：所述步骤2.31优化运行污水收集与处理系统的具体过程为：
2.311利用SWMM软件建立区域污水管网模型；
2.312建立多级污水泵站的联合优化调度模型；
2.313借助基于Python语言开发的SWMM模型接口包PySWMM，耦合污水管网模型与多级污水泵站优化调度模型，并以遗传算法为求解方法进行求解，求解所得的多级污水泵站抽水流量值即为优化运行调度方案；
2.314利用ASM2D软件建立污水处理厂水量水质模型，建立水解酸化池、AAO生反池、CASS池等生物反应为主的污水处理构筑物模型，对于混凝沉淀、过滤处理工艺，采用经验模型建立模型，形成污水厂污水处理全流程模型，将步骤2.313中所得的调度方案输入污水管网模型中计算得到污水厂进水水量水质数据，并将其输入污水处理厂水量水质模型当中，调整污水厂运行过程中的参数的值。使得污水处理厂出水水质满足一级A标准，各参数值即为污水厂的运行方案；
其中，多级污水泵站的联合优化调度模型由目标函数与约束条件组成，具体内容如下：
1)目标函数
i.各泵站抽水流量变幅最小
式中，a为污水泵站数量，Qi，t为第i个泵站在第t个时段内的流量(m3/h)，为第i个泵站的时段平均流量(m3/h)；
ii.污水处理厂进水水质稳定
式中，ca，t为t时段污水处理厂进水污染物浓度(mg/L)，为污水处理厂进水污染物浓度平均值(mg/L)；
iii.泵站水泵机组能耗最小
式中，λi,j,t为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李轶，万芬芬，张文龙，王玉明，惠辞章，童家歆，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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