城市原水系統(tǒng)水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化方法及應用研究.pdf

1、水利是經(jīng)濟社會發(fā)展的基本條件、基礎支撐、重要保障。加快水利發(fā)展改革是我國當前時期的重要戰(zhàn)略，全面保障城鄉(xiāng)居民飲水安全成為“十二五”期間加快水利發(fā)展改革的重要目標。城市原水系統(tǒng)是城市生活、生產(chǎn)、環(huán)境的主要水源，原水系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展，是全面建設小康社會的必要條件。對原水系統(tǒng)的科學調(diào)度管理，不可脫離水資源具有“水質(zhì)”與“水量”雙重屬性高度統(tǒng)一的現(xiàn)實，研究城市原水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題，必須從水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度出發(fā)，探索水質(zhì)-水量-調(diào)度目標之間的相

2、互影響規(guī)律。
　　本文針對城市飲用水安全保障問題，以城市原水系統(tǒng)為研究對象，分析原水系統(tǒng)結構特征，探討原水系統(tǒng)水質(zhì)仿真模型與水量調(diào)度模擬模型，在傳統(tǒng)水量調(diào)度的單一模式基礎上，構建水質(zhì)水量控制耦合模型，提出水庫群水質(zhì)動態(tài)過程評價決策方法，利用已有的水質(zhì)檢測系統(tǒng)及水庫調(diào)度信息管理系統(tǒng)等信息采集平臺，開發(fā)城市原水系統(tǒng)水質(zhì)水量聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的決策支持系統(tǒng);所建立的調(diào)度系統(tǒng)與水源污染源監(jiān)控系統(tǒng)、水廠工藝調(diào)控系統(tǒng)等共同構成城市水源安全保障體系，

3、能夠提高水源供水安全保證率，從源頭上有效緩解了水廠應對突發(fā)水源污染的應急處理壓力，為城市居民創(chuàng)造安全的飲用水條件，促進國民經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。通過研究取得的主要成果如下:
　　(1)建立了城市原水系統(tǒng)水質(zhì)模型。根據(jù)原水系統(tǒng)的結構特征，以水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程及水質(zhì)指標生化反應原理為基礎建立原水系統(tǒng)水質(zhì)模型。針對原水系統(tǒng)水質(zhì)模型具有多輸入多輸出和存在關聯(lián)水質(zhì)指標的特征提出水質(zhì)模型的改進方法;運用粒子群算法和梯度法相結合，對模型進行多參

4、數(shù)同時優(yōu)化;利用模擬結果與實測數(shù)據(jù)比較驗證模型的合理性。
　　(2)建立了水量優(yōu)化調(diào)度模型和計算機仿真模型。在分析深圳市原水系統(tǒng)水廠需水量變化規(guī)律的基礎上，提出水廠需水量簡易預測方法及雨洪資源的簡單估算方法，利用供需平衡動態(tài)模擬技術建立原水系統(tǒng)水量優(yōu)化調(diào)度模型，采取大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)原理進行模型求解;運用圖論、可拓分析、數(shù)據(jù)結構及計算機面向?qū)ο蠹夹g，研究復雜原水系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的計算機動態(tài)存儲技術，并設計、開發(fā)基于面向?qū)ο蟮脑到y(tǒng)計算機

5、仿真模型。
　　(3)提出了水庫群多組分水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度方案決策評價方法。通過分析水庫群多組分水質(zhì)動態(tài)過程評價問題的特征，提出調(diào)度方案三維信息空間結構描述方法;以單因子水質(zhì)評價方法及綜合指數(shù)評價方法為基礎，構建單因子污染指數(shù)(SFPI)評價指標;以SFPI與水庫蓄水量為基本指標建立評價指標體系，提出水庫群多組分水質(zhì)動態(tài)過程評價決策方法，應用該方法對原水系統(tǒng)水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度方案進行評價決策，同時作為原水系統(tǒng)水質(zhì)水量控制耦合模型的優(yōu)化

6、調(diào)度目標之一，為水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度決策提供新思路。
　　(4)建立了原水系統(tǒng)水質(zhì)水量控制耦合模型。運用大系統(tǒng)理論分散控制原理及定性控制方法，以單個水庫作為控制基本單元，構建水質(zhì)-水量反饋控制基本模型;運用定性推理及定性數(shù)學方法，預測水庫群之間水質(zhì)指標相互影響規(guī)律，采用決策樹分析方法分析水質(zhì)水量調(diào)控策略，生成決策樹形式的調(diào)控策略集，并將決策樹植入策略分析器，建立水質(zhì)水量控制耦合模型;分析水量優(yōu)化調(diào)度與水質(zhì)模擬在網(wǎng)絡空間求解順序上的矛盾