給水管網(wǎng)動態(tài)模型維護(hù)與校驗(yàn)方法研究.pdf

1、城市給水管網(wǎng)微觀水力模型(以下均簡稱為管網(wǎng)模型)是了解給水管網(wǎng)運(yùn)行狀況模擬的基礎(chǔ)和供水系統(tǒng)信息化的重要環(huán)節(jié)，是城市供水部門進(jìn)行管網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行管理和優(yōu)化調(diào)度的現(xiàn)代技術(shù)方法。建立準(zhǔn)確的管網(wǎng)模型，是供水行業(yè)信息化進(jìn)程中迫切需要解決的問題。 針對管網(wǎng)模型應(yīng)用和管網(wǎng)建模技術(shù)要求，以給水管網(wǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模擬為基礎(chǔ)，提出管網(wǎng)模型參數(shù)校驗(yàn)的自適應(yīng)遺傳模擬退火算法(AdaptiveGeneticAlgorithmandSimulatedAnneal

2、ing，AGASA)，并結(jié)合兩個(gè)算例管網(wǎng)和一個(gè)實(shí)例管網(wǎng)進(jìn)行了單工況與延時(shí)模擬的參數(shù)校驗(yàn)。 論文中采用管網(wǎng)隱式校驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行管網(wǎng)模型的校驗(yàn)工作。通過計(jì)算管網(wǎng)模型的模擬量與現(xiàn)場實(shí)測量之間差異的最小值，間接的求出管網(wǎng)模型參數(shù)的最優(yōu)值。管網(wǎng)模型參數(shù)校驗(yàn)的對象是管網(wǎng)中難以實(shí)測的各類參數(shù)，本論文選取管道粗糙系數(shù)和節(jié)點(diǎn)流量兩類參數(shù)作為管網(wǎng)模型校驗(yàn)的對象。參數(shù)校驗(yàn)時(shí)的約束條件分別是：管道粗糙系數(shù)(海參一威廉系數(shù)，C值)的變化范圍限定在80～130

3、之間，節(jié)點(diǎn)流量的調(diào)整量限定在其初始值的±20﹪以內(nèi)。 管網(wǎng)隱式校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷哪繕?biāo)函數(shù)具有多種形式，包括實(shí)測值和管網(wǎng)模型模擬值的誤差平方和形式∑(Hmi-Hti)2(標(biāo)準(zhǔn)最小二乘)、實(shí)測值和管網(wǎng)模型模擬值誤差絕對值之和形式∑lHmi-Hti1、實(shí)測值和管網(wǎng)模型模擬值相對誤差絕對值之和形式∑1Hmi-HtiHl×100﹪等三種目標(biāo)函數(shù)。本文分析了三種形式的目標(biāo)函數(shù)對于校驗(yàn)效果的影響。結(jié)果表明，以誤差絕對值之和作為目標(biāo)函數(shù)的校驗(yàn)效果最好，

4、以相對誤差絕對值為目標(biāo)函數(shù)的校驗(yàn)效果較差，而以誤差平方和作為目標(biāo)函數(shù)的校驗(yàn)效果最差。 針對管網(wǎng)模型校驗(yàn)參數(shù)間的誤差互相補(bǔ)償作用，考察了單工況和延時(shí)模擬時(shí)校驗(yàn)參數(shù)間誤差補(bǔ)償?shù)那闆r。基于延時(shí)模擬進(jìn)行管網(wǎng)模型校驗(yàn)是在逐步變化的工況下校驗(yàn)管道粗糙系數(shù)和節(jié)點(diǎn)流量的準(zhǔn)確度，因此，具有更好的削減誤差補(bǔ)償?shù)男Ч?遺傳算法的參數(shù)設(shè)置對算法性能影響較大，算法參數(shù)的選擇本身也是一個(gè)優(yōu)化問題，一般依據(jù)多次運(yùn)行的收斂情況和解的質(zhì)量判斷。對于具體

5、問題，選擇合適的算法參數(shù)可以提高遺傳算法的優(yōu)化效果。論文對遺傳算法中的交叉概率、變異概率、選擇壓力和神群規(guī)模四個(gè)參數(shù)，采用正交實(shí)驗(yàn)對其取值進(jìn)行優(yōu)化，獲得應(yīng)用于隱式校驗(yàn)?zāi)Ｐ椭休^優(yōu)的參數(shù)設(shè)置。對于正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對自適應(yīng)遺傳算法性能的影響，文中也進(jìn)行了詳細(xì)分析。 將遺傳算法和模擬退火算法結(jié)合成新的優(yōu)化算法可以改善優(yōu)化效果。根據(jù)遺傳算法和模擬退火算法的多種結(jié)合形式，以計(jì)算時(shí)間和優(yōu)化結(jié)果對串行式遺傳模擬退火算法和鑲嵌式遺傳模擬退火算法的優(yōu)

6、缺點(diǎn)進(jìn)行深入討論。鑲嵌式遺傳模擬退火算法的計(jì)算時(shí)間比串行式遺傳模擬退火算法長，但是在優(yōu)化結(jié)果上，前者要比后者好。 對基本遺傳算法與模擬退火算法形成的優(yōu)化算法與自適應(yīng)遺傳算法與模擬退火算法形成的優(yōu)化算法的計(jì)算結(jié)果作了比較。自適應(yīng)遺傳算法與模擬退火算法構(gòu)成的優(yōu)化算法的計(jì)算結(jié)果相對較好。 基于管網(wǎng)隱式校驗(yàn)?zāi)Ｐ停捎描偳妒阶赃m應(yīng)遺傳模擬退火算法(AGASA)分別在單工況和延時(shí)模擬條件下，通過調(diào)整管道粗糙系數(shù)和節(jié)點(diǎn)流量等手段，對A

7、NYTOWN算例管網(wǎng)和SF市實(shí)例管網(wǎng)進(jìn)行了自動校驗(yàn)工作。充分發(fā)揮遺傳算法(GA)較快的全局搜索能力和模擬退火算法(SA)較強(qiáng)的局部尋優(yōu)性能以及遺傳算法參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的特點(diǎn)。 結(jié)果表明，鑲嵌式自適應(yīng)遺傳模擬退火算法可進(jìn)一步使管道粗糙系數(shù)和節(jié)點(diǎn)流量接近其真實(shí)值，降低實(shí)測值與管網(wǎng)模型校驗(yàn)值之間的差異，提高管網(wǎng)模型的精度。利用鑲嵌式自適應(yīng)遺傳模擬退火算法，基于現(xiàn)有的管網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可以有效提高實(shí)例管網(wǎng)模型精度，提高其應(yīng)用價(jià)值和使用壽命