城鎮(zhèn)污水管道工程系統(tǒng)優(yōu)化方法與應(yīng)用研究.pdf

1、城鎮(zhèn)污水管道工程是事關(guān)社會民生的重點(diǎn)工程，也是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的城鎮(zhèn)重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。將城鎮(zhèn)污水即時、安全、通暢地收集、輸送至污水處理設(shè)施，經(jīng)凈化處理后達(dá)標(biāo)排放至承泄區(qū)，從優(yōu)化設(shè)計(jì)源頭上，控制并降低污水管道工程系統(tǒng)投資成本與運(yùn)行成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于城鎮(zhèn)污水管道工程系統(tǒng)其管網(wǎng)線路較長，管網(wǎng)分布范圍廣，污水輸送主管流量大，加壓泵站和污水處理廠布局受環(huán)境影響較大，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程;加上整個污水收集、輸送、處理和再生水

2、回用項(xiàng)目建設(shè)成本和運(yùn)行成本較高，因此，如何科學(xué)和合理地利用有限的資金，綜合考慮污水加壓泵站、污水處理廠規(guī)劃布局、再生水回用加壓泵站與管網(wǎng)工程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)污水管道工程系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施投資效益的最優(yōu)化，已成為投資者關(guān)注的焦點(diǎn)問題，也是科研工作者需要面臨的一個重要研究課題。
　　論文以城鎮(zhèn)污水管道工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)為研究對象，在認(rèn)真學(xué)習(xí)并總結(jié)了國內(nèi)外有關(guān)污水管道工程系統(tǒng)工程優(yōu)化理論成果的基礎(chǔ)上，利用大系統(tǒng)分解-聚合、正交試驗(yàn)選優(yōu)等方法，對城鎮(zhèn)污

3、水管道工程系統(tǒng)優(yōu)化問題開展了全面研究，建立一系列優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，提出了相應(yīng)的求解方法，主要研究內(nèi)容和研究成果如下:
　　(1)針對城鎮(zhèn)污水收集支、干管管網(wǎng)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，在其管道鋪設(shè)型式、材質(zhì)、布局、長度已定情況下，建立了城鎮(zhèn)污水收集支、干管管網(wǎng)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)非線性數(shù)學(xué)模型，提出了大系統(tǒng)分解-動態(tài)規(guī)劃聚合求解方法，為非滿流重力式管網(wǎng)工程管徑優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的研究提供了參考。
　　(2)針對城鎮(zhèn)污水收集支、干、主管管網(wǎng)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問

4、題，在其管網(wǎng)工程管道鋪設(shè)型式、材質(zhì)、布局、長度已定情況下，建立了管段首末允許水頭損失已定城鎮(zhèn)污水收集支、干、主管管網(wǎng)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，提出了大系統(tǒng)二級分解-動態(tài)規(guī)劃聚合求解方法，該方法的應(yīng)用研究為進(jìn)一步豐富和發(fā)展大系統(tǒng)優(yōu)化理論具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　(3)針對城鎮(zhèn)污水輸送管網(wǎng)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，建立了污水輸送有（無）壓管網(wǎng)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)非線性數(shù)學(xué)模型，提出了污水輸送加壓管網(wǎng)工程泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程離散枚舉-管徑一維動態(tài)規(guī)劃優(yōu)

5、化求解方法，和污水輸送無壓管網(wǎng)工程一維動態(tài)規(guī)劃求解方法，通過對有壓、無壓輸送方案進(jìn)行比選，確定最終設(shè)計(jì)方案，為城鎮(zhèn)污水輸送管網(wǎng)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探索了一條新方法。
　　(4)針對加壓泵站布局待定的污水輸送有壓管網(wǎng)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，建立了加壓泵站與管網(wǎng)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)非線性數(shù)學(xué)模型，提出了大系統(tǒng)試驗(yàn)選優(yōu)-子系統(tǒng)動態(tài)規(guī)劃求解方法。該方法可解決各加壓泵站規(guī)模和對應(yīng)管網(wǎng)工程各分管段管徑優(yōu)化問題，若加壓泵站設(shè)置0設(shè)計(jì)揚(yáng)程水平，還可解決加壓

6、泵站個數(shù)與位置最優(yōu)化問題。該方法可為城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)工程與排水泵站系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化提供一種新途徑。
　　(5)針對城鎮(zhèn)污水處理廠布局與泵站管網(wǎng)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，建立了污水處理廠與泵站管網(wǎng)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)雜非線性數(shù)學(xué)模型，提出了大系統(tǒng)二級試驗(yàn)選優(yōu)-子系統(tǒng)動態(tài)規(guī)劃求解方法，該方法可解決污水處理廠布局（即污水處理廠個數(shù)與位置）和各污水泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程優(yōu)化問題，以及對應(yīng)管網(wǎng)工程各分管段管徑優(yōu)化問題，可為城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)劃布局優(yōu)化方法的理論研究提

7、供參考。
　　(6)針對再生水回用輸水管網(wǎng)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，建立了加壓泵站與輸水管網(wǎng)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)雜非線性數(shù)學(xué)模型，提出了加壓泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程枚舉和管徑大系統(tǒng)分解-動態(tài)規(guī)劃聚合求解方法，通過對加壓泵站不同設(shè)計(jì)揚(yáng)程進(jìn)行方案比選，可解決加壓泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程和輸水管網(wǎng)工程管徑最優(yōu)問題，對城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)工程及加壓泵站的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題提供了理論參考。
　　論文通過案例分析對建立的數(shù)學(xué)模型和提出的求解方法進(jìn)行了合理性驗(yàn)證，從而形成了一套全面的城