基于反分析理論的給水管網(wǎng)管段摩阻系數(shù)計算方法研究.pdf

1、城市給水管網(wǎng)是城市重要基礎設施之一，其規(guī)模大、結構復雜、變量眾多的特點使給水管網(wǎng)仿真計算變得越來越難。給水管網(wǎng)仿真是城市供水系統(tǒng)管理的一個重點內(nèi)容，給水管網(wǎng)管段摩阻系數(shù)的正確確定直接關系到給水管網(wǎng)仿真的準確性。目前在求解給水管網(wǎng)管段摩阻系數(shù)中還存在一些問題有待解決，如求解速度慢、求解精度不高、算法單一等情況。因此對城市給水管網(wǎng)管段摩阻系數(shù)進行優(yōu)化求解對管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度和運行管理等方面都具有重要意義。
　　本文在給水管網(wǎng)水力計算基本

2、理論的基礎上，以海曾-威廉系數(shù)（C值）為研究對象，將給水管網(wǎng)的水力模型與反問題分析理論相結合，分析變尺度算法和遺傳算法在給水管網(wǎng)管段摩阻系數(shù)反問題分析理論中的求解原理。以節(jié)點水頭實測值與計算值之差的平方和為目標函數(shù)，水力平衡條件和邊界條件為約束，建立給水管網(wǎng)管段摩阻系數(shù)反分析模型，同時給出其變尺度算法及變尺度遺傳算法求解方法和計算步驟。利用室內(nèi)實驗給水管網(wǎng)平臺實測數(shù)據(jù)和實際給水管網(wǎng)實測數(shù)據(jù)，通過MATLAB軟件編制變尺度算法和變尺度遺傳

3、算法計算程序。以求得的管段摩阻系數(shù)為基礎，通過EPANET軟件重新對給水管網(wǎng)進行模擬，對比分析管網(wǎng)節(jié)點水頭和管段流量原始值、實測值、計算值。同時對給水管網(wǎng)管段摩阻系數(shù)反分析模型的準確性和普適性加以驗證。
　　以室內(nèi)實驗給水管網(wǎng)實驗模型為研究對象，以管網(wǎng)實測數(shù)據(jù)為基礎，利用變尺度算法進行求解時，五種工況下管網(wǎng)管段節(jié)點水頭和管段流量實測值與計算值平均絕對誤差與平均相對誤差分別為0.19m、0.08L/s和2.51％、3.89％，程序用

4、時23s。利用變尺度遺傳算法求解時，五種工況下節(jié)點水頭和管段流量計算值與實測值的平均絕對誤差和平均相對誤差分別為0.17m、0.06L/s和2.43％、3.29％，程序用時78s。
　　以實際城市給水管網(wǎng)為研究對象，以管網(wǎng)實測數(shù)據(jù)為基礎，利用變尺度算法進行求解時，給水管網(wǎng)管段節(jié)點水頭和管段流量實測值與計算值平均絕對誤差和平均相對誤差分別達到0.17m、1.74L/s和0.60％、0.92％，程序用時243s。利用變尺度遺傳算法進行

5、計算，節(jié)點水頭和管段流量計算值與實測值的平均絕對和平均相對誤差分別達到0.03m、0.32L/s和0.12％、0.15％，程序用時640s。
　　通過計算分析表明，對于小型給水管網(wǎng)或對于進行分組后的管段組可以用變尺度算法求解管段摩阻系數(shù)，其計算量小、求解速度快、且易于編程。對于中型規(guī)模的給水管網(wǎng)，適合使用變尺度遺傳算法進行計算分析，雖然程序運行時間和計算量較變尺度法高，但是其在計算精度、計算結果的穩(wěn)定性和全局搜索能力方面優(yōu)于變尺度