【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于供水管网设计领域，提供了一种基于floyd算法的管网能量富余比最小的设计方法，针对管网布置形式已经确定的情况下，根据管网水力计算的结果，通过确定各个管段管径最优组合的设计方法，并进一步评估管网的能量富余，以指导管网的不同设计方案的经济性和能量富余对比和最优方案的确定。
技术介绍
1、输配水管网是城市饮水工程的重要组成部分，随着供水管网范围的不断扩大、长距离输配水工程的增加，供水管网造价在整个供水系统中的比例越来越大，一般为整个工程总投资的50%～80%，管网系统的规划和设计直接影响工程投资和运行管理费用。合理优化供水管网系统的设计对于节约工程投资、保障工程可持续运行、提高工程的经济和社会效益具有重要的意义。
2、传统的供水管网设计方法以《室外给水设计标准》、《城市给水工程规划规范》等规范为依据，设计人员按照管段主次关系，先根据经验初步设定管径，按设计年限内最高日最高时的用水量计算，各管段流量确定后以经济流速来进一步确定管径，求出所有管段的直径、水头损失和水泵扬程后，在此管径基础上，再通过管网平差核算按最高用水时确定的管径和水泵扬程能否满足以下三种用水情况下的水量和水压要求：1、最不利管段发生故障时；2、消防时；3、最大转输时（管网中有水塔时）。可见：传统设计方法主要关注的是控制点是否达到最小服务水头，没有从整体上考虑管径选择的合理性和管网建成后的运行费用，往往因为不同设计人员的水平差异，在设计过程中可能要多次修改设计方案，耗费大量的人力成本，存在一定的局限性，且结果并非最优解，往往还存在较大的优化空间。
3、通过上述分析可以知道，传统的设计方法在实际运行中存在以下问题：
4、（1）设计人员通常凭借经验选取管径，进而求出管网的水头损失，人为性较强，没有从整体上考虑管径与管网造价及运行动力费用的关系，往往很难保证管网设计方案的经济最优。
5、（2）按照经济流速选取的管径只能保证单管径最优，而无法保证管网整体的最优，导致管网在实际运行中的富余能量较大，运行费用较高。
6、基于此，本专利技术提出基于全寿命周期成本的供水管网设计方法，其核心是在设计阶段便考虑管网建成后的维修和管理问题，以经济流速为基础优化各管段的管径，然后综合评估管网的能量富余，从而估计管网建成后的运行成本，力求达到工程全寿命周期内管网的总费用最小。
技术实现思路
1、供水管网优化主要从规划、设计、运行管理等方面进行，所以管网优化研究包括管网系统优化布置研究、优化设计研究和优化调度研究。管网布置研究是合理规划管网的线路布置和各个节点间的管段连接，管网布置优化是管径优化的基础。
2、本专利技术旨在解决现有技术中往往很难保证管网设计方案的经济最优、管网在实际运行中的富余能量较大，运行费用较高的问题。为此，本专利技术提供一种基于floyd算法的管网能量富余比最小的设计方法，针对管网布置形式已经确定的情况下，根据管网水力计算的结果，通过确定各个管段管径最优组合的设计方法，并进一步评估管网的能量富余，以指导管网的不同设计方案的经济性和能量富余对比和最优方案的确定。
3、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
4、提供一种基于floyd算法的管网能量富余比最小的设计方法，包括以下步骤：
5、步骤一，明确用水范围和路网以及供水管网的拓扑结构，并建立供水管网的水力模型；
6、步骤二，利用gis工具对供水管网中各节点数据进行分析，找出管网中地形标高比周围其它点都高的点，即管网的供水关键点；
7、步骤三，将管网抽象成由管段和节点组成的无向图，利用floyd算法计算出各关键点到水源距离最短的路径，作为水源到关键点的输水主管；
8、步骤四，设定能量富余比的目标值；
9、步骤五，基于经济流速，确定供水管网中输水主管的管径；
10、步骤六，基于经济流速，确定管网各关键点到其服务范围内其它点的管径；
11、步骤七，确定管网中枝状、末端的联络管管径；
12、步骤八，对管网进行平差计算，通过调整水厂供水能力，使最不利点满足最小服务水头的要求，再判断管网是否满足最不利管段发生故障时、消防时和最大转输时（管网中有水塔时）这三种最不利工况，如满足则进行下一步骤，如不满足则微调各管段的管径，重新进行管网平差计算，使之满足三种最不利工况；
13、步骤九，计算管网的能量富余比，并判断计算的能量富余比是否满足步骤四设定的目标值；若满足，则为可行设计方案；若不满足，则重新优化目标管网设计，从步骤五开始调整管径，直到能量富余比满足设定目标值。
14、优选的，将步骤三计算出的供水关键点到水源距离最短的路径定义为集合， i=1 ~n， n为管网的供水关键点数量，即：输水主管的集合为。输水主管的管径确定方法如下：
15、将输水主管集合内的管径从可用的商业用供水管管径范围中的最大值往下取，使得所选取管径在进行管网平差计算后，其经济流速大于管网的平均经济流速范围下限的0.6m/s时，所取的最大管径即为输水主管的设计管径。
16、优选的，步骤六中，管网各关键点到其服务范围内其它点的管径的确定方法如下：
17、若某一关键点到其服务范围内其它点的地形坡度 j接近0，则从可用的商业供水管管径范围中的最大值往下取，使得所选取管径在进行管网平差计算后，其经济流速大于管网的平均经济流速范围下限的0.6m/s时，所取的最大管径即为设计管径；
18、若某一关键点到其服务范围内其它点的地形坡度 j远大于0，则该关键点到其服务范围内其它点的设计管道坡度根据地形坡度 j与管径d的关系计算出管径d后，在可用的商业用供水管管径范围中取大于d且最接近d 的管径进行圆整。
19、优选的，步骤七中，管网中枝状、末端的联络管一般为不重要的输水路径，其管径取dn100~150。
20、优选的，步骤九中，管网的能量富余比的计算方法如下：
21、所述能量富余比为管网中所有节点的富余能量与有效能量的比值，即：
22、式中，有效能量为管网在所有节点处通过水量输送给用户的最小需要能量，单位为kw。
23、其中，所述有效能量按下式计算：
24、
【技术保护点】
1.一种基于Floyd算法的管网能量富余比最小的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述步骤二中，供水关键点为供水管网中各地形标高大于周围其它点的节点。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：将所述步骤三计算出的供水关键点到水源距离最短的路径定义为集合，i=1~n，n为管网的供水关键点数量，即：输水主管的集合为。
4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于：所述步骤五中，输水主管的管径确定方法如下：
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述步骤六中，管网各关键点到其服务范围内其它点的管径的确定方法如下：
6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述步骤七中，管网中枝状、末端的联络管管径取DN100~150。
7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述步骤九中，管网的能量富余比的计算方法如下：
8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于：所述有效能量按下式计算：
9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种基于floyd算法的管网能量富余比最小的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述步骤二中，供水关键点为供水管网中各地形标高大于周围其它点的节点。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：将所述步骤三计算出的供水关键点到水源距离最短的路径定义为集合，i=1~n，n为管网的供水关键点数量，即：输水主管的集合为。
4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于：所述步骤五中，输水主管的管径确定方法如下：
5.根据权利要求1所述的设计...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈积义，徐菡玲，崔佳，
申请(专利权)人：湖南省建筑设计院集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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