典型山區(qū)供水管網(wǎng)離散優(yōu)化布置研究——以貴州納雍金蟾供水工程為例.pdf

1、農(nóng)村供水工程是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是改善農(nóng)村居民生活、提高農(nóng)民收入、穩(wěn)定農(nóng)村經(jīng)濟(jì)不可替代的物質(zhì)基礎(chǔ)。按照水質(zhì)、水量、用水方便程度等指標(biāo)衡量，目前全國(guó)尚有3億多山區(qū)農(nóng)村人口（中西部山區(qū)地區(qū)約占80％）飲水未達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。以貴州省為例，到2015年仍有975萬(wàn)人沒(méi)有解決引水安全問(wèn)題，其中主要為山區(qū)農(nóng)村人口。
　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，管網(wǎng)造價(jià)占山區(qū)輸配水系統(tǒng)總造價(jià)的比例60-80%。而供水管網(wǎng)的布置優(yōu)化不僅能顯著減少工程總投資，也能縮短

2、總輸水路程從而降低輸水能耗和成本。但是，目前供配水管網(wǎng)優(yōu)化簡(jiǎn)化為平面布置，采用平面最小樹(shù)方法進(jìn)行優(yōu)化，在山區(qū)地形起伏較大情況下得不到優(yōu)化結(jié)果，甚至出現(xiàn)劣化結(jié)果，究其原因是忽略復(fù)雜地面起伏特點(diǎn)。由于山區(qū)地面起伏性較大，使得兩點(diǎn)間直線距離不再“最短”，若采用測(cè)地線方程來(lái)求解兩點(diǎn)間最短距離，也因地面難以用數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)表征而陷入困境；另外，山區(qū)地形存在過(guò)陡的山坡或懸崖等地形特征，加之山區(qū)供配水管網(wǎng)苛刻的水力學(xué)條件限制，平面最小樹(shù)方法也不再適用。<

3、br>　　針對(duì)以上問(wèn)題，本文首先對(duì)納雍縣金蟾水庫(kù)灌溉工程進(jìn)行地形地質(zhì)分析，根據(jù)地形確定供水管網(wǎng)布線基本走向，并確定管網(wǎng)布線的分水點(diǎn)和蓄水池位置，并將其作為后續(xù)管網(wǎng)優(yōu)化的已知節(jié)點(diǎn)。然后，采用Delaunay三角網(wǎng)格劃分方法對(duì)供水區(qū)域復(fù)雜地形進(jìn)行離散化處理，構(gòu)建供水區(qū)域地形的三角網(wǎng)格地面模型。
　　為將求解離散點(diǎn)的最短路徑問(wèn)題轉(zhuǎn)化為圖論問(wèn)題，采用兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算Delaunay三角網(wǎng)的各邊權(quán)值，將Delaunay三角網(wǎng)轉(zhuǎn)化成賦權(quán)網(wǎng)絡(luò)

4、，并采用Dijkstra算法計(jì)算已知點(diǎn)對(duì)間的最短線程，為管網(wǎng)優(yōu)化做準(zhǔn)備工作。
　　在計(jì)算出所有點(diǎn)對(duì)間的最短線程后，連接各點(diǎn)對(duì)并標(biāo)出最短線程，即復(fù)雜地形管網(wǎng)優(yōu)化就轉(zhuǎn)化成求解賦權(quán)連通圖的最小樹(shù)問(wèn)題。由于地形地質(zhì)條件限制，管網(wǎng)的部分管段已確定；因此，本文需求解帶約束的最小樹(shù)，求解出最小樹(shù)后，考慮灌區(qū)的地形地質(zhì)條件和灌區(qū)面積，適當(dāng)增加一些適配點(diǎn)，稱之為“Steiner”點(diǎn)，求解管網(wǎng)的Steiner最小樹(shù)，在管網(wǎng)最小樹(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化。<