基于不確定性分析的城市供水管網漏失監(jiān)測點布局優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著城市人口不斷攀升，水資源短缺問題日益突出，供水管網漏失率居高不下。為有效降低城市供水管網漏失程度并保障終端用戶的穩(wěn)定用水，水務公司亟待建立完善的城市供水管網漏失監(jiān)測系統以對管網漏失事件進行持續(xù)高效監(jiān)測?？紤]到城市供水管網漏失監(jiān)測節(jié)點的鋪設與維護耗費不菲，因此亟需在工程成本預算內配置一個能夠加速漏失檢測過程并具有較高診斷能力的傳感器網絡，以實現城市供水管網高效穩(wěn)定供水。
　　鑒于以上考量，本文重點圍繞城市供水管網漏失監(jiān)測傳感器網

2、絡的布局優(yōu)化問題展開研究，主要工作以及創(chuàng)新點如下:
　　(1)本文將拉丁超立方體采樣方法運用于管網水力學模型不確定性分析中，以解決現有漏失檢測方法診斷效果易受模型不確定性影響的問題。該章節(jié)詳細分析了各類不確定性的來源及影響，并重點針對管網各節(jié)點壓力輸出值受模型參數不確定的影響程度進行量化分析，進而識別出易受管網工況不確定性影響的節(jié)點以指導漏失監(jiān)測點布局工作。本研究結合真實管網系統實例就各節(jié)點用水波動對系統水壓分布的影響展開研究，驗

3、證了所提出方法的可行性與實用性。
　　(2)本文設計了一套基于不確定性分析的管網漏失監(jiān)測點優(yōu)化布局方法，以提升監(jiān)測系統對于管網系統不確定波動的魯棒性。該方法運用拉丁超立方體采樣方法模擬復雜工況下的管網運行特征。隨后本文提出以能夠表征漏失可識別性能的多種評價指標為優(yōu)化目標，進而將布局優(yōu)化問題轉化為組合優(yōu)化問題。本文使用基于啟發(fā)機制的多目標進化算法(NSGA-Ⅱ)求解最優(yōu)解集。為降低人工選優(yōu)所帶來的不確定性干擾，特地在布局方法中引入模

4、糊集合理論以確定最優(yōu)布局方案。本研究結合某市管網實例分別就多目標優(yōu)化策略在復雜工況下的可行性、有效性進行了驗證。本文還就不同時間窗口尺度下算法性能的變化進行了討論。
　　(3)本文設計了一套供水管網新增漏失監(jiān)測點布局優(yōu)化策略以指導水司科學合理擴建管網漏失監(jiān)測系統。在優(yōu)化策略的基礎上，本文還建立了一套布局策略成本效益綜合評價指標體系，從漏失檢測效率與經濟效益兩方面對監(jiān)測點布局進行成本效益評價。本文開展了不同模型不確定性下的新增節(jié)點布

5、局優(yōu)化工作，并結合實際供水系統案例驗證了所提出的布局方法的科學性以及成本效益評價體系的可行性。文中通過研究布局方案隨模型不確定性變化的趨勢以及對應漏失識別性能變化，驗證了布局方法和成本效益函數在復雜工況下的魯棒性。
　　總的來說，本文所提出的城市供水管網漏失監(jiān)測點布局優(yōu)化策略，能夠較好地降低管網動態(tài)工況波動對漏失監(jiān)測的影響。在此基礎上結合管網監(jiān)測系統擴建策略與成本效益評價體系，不僅可為城市供水管網漏失監(jiān)測系統的高效運轉提供方法支持