CN108876016A - 一种多阶段多目标给水管网优化分区方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多阶段多目标给水管网优化分区方法，基于灵敏度分析确定管道整体水力特性指标，进而确定给水管网主要供水路径，基于该供水路径，通过多目标算法首先确定分区主进水管道和分区边界，然后再次优化确定边界管道中次进水管道和阀门位置，最终完成分区规划。本发明综合考虑了给水管网总体水力特性和影响分区的各种水力、水质和成本因素，本发明降低了算法搜索空间，提高算法收敛速度，对给水管网分区实践和研究提供了很好地参考。

Description

一种多阶段多目标给水管网优化分区方法
技术领域
本发明涉及水网安装管理领域，尤其是一种基于多目标优化算法的给水管网分区方法。
背景技术
给水管网分区技术是进行漏损控制的基础。管网分区需要考虑技术、经济、性能等多种因素，增加了获得合理分区的难度。目前一些分区方法未考虑管网的整体水力特性，分区所考虑的因素较少，难以满足分区决策的要求。因此，迫切需要开发高效的给水管网分区方法，满足供水企业分区改造时的管理需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种综合考虑管网水力特性、多个分区因素的高效、快速的多阶段多目标给水管网优化分区方法。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法根据灵敏度分析确定管道重要性指标，反映管网整体水力特性；根据该管道指标，采用最小生成树算法确定环状管网的主要供水路径，以枝状管网表示；在主要供水路径基础上，首先采用多目标算法确定分区主进水管道，得到分区节点聚类和分区边界管道；然后采用多目标算法优化边界管道，确定环状管网分区次进水管道和阀门位置；最终完成分区规划。
进一步的，所述方法的具体步骤如下：
步骤1，采用扰动法确定管道流量与节点需水量的灵敏度矩阵，计算每个管道的重要性指标，反映管网的整体水力特性；
步骤2，以管道重要性指标为权重，采用最小生成树算法计算给水管网枝状结构，代表了主要供水路径；
步骤3，根据分区结构特点，降低主进水管道决策变量范围；采用多目标算法优化确定分区主进水管道；
步骤4，将枝状供水管网中主进水管道断开，采用图论算法中连通子图方法确定节点聚类；
步骤5，根据分区节点聚类，通过比较环状管道两节点是否在不同聚类中确定环状管网中分区边界管道；
步骤6，在分区边界确定的基础上，以次进水管道数量和水质为目标，水压为约束，优化次进水管道和阀门位置；
步骤7，根据生成的帕累托解的集合，选择合理的分区方案，最终完成分区规划。
进一步的，步骤3中，考虑分区特点，为提高计算速度，枝状结构中与叶节点相连的管道不作为主进水管道，因此可降低决策变量数量。分区主进水管道在枝状供水路径中，通过优化模块度、分区水压非相似性、分区割集管道数量和分区规模均匀性确定分区主进水管道。
进一步的，所述步骤5中，确定分区边界时，枝状管网管道均不是边界管道，可提高寻找边界管道的搜索速度。
进一步的，所述步骤6中，水质指标为延时模拟最后24小时平均水龄。
工作过程大致如下：
利用扰动法确定灵敏度矩阵，计算管道重要性指标；以管道重要性指标为权重，采用最小生成树算法得出给水管网主要供水路径的枝状结构；通过优化算法分别确定主进水管道和次进水管道，得出合理的分区方案。
与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：通过流量灵敏度矩阵，能够反映整个给水管网水力特性；通过多步算法，分别获得主进水管道和次进水管道优化方案，将分区进水管道分为两级，便于以后压力管道与控制；多目标算法考虑分区因素更加全面，分步优化则可以大大提高计算速度。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
图2是本发明方法的示意图。
图3是实施例的管网图。
图4是实施例的管网分区图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-2所示，本发明所述方法包括以下具体步骤：
步骤1，采用扰动法确定管道流量与节点需水量的灵敏度矩阵，计算每个管道的重要性指标，反映管网的整体水力特性；
步骤2，以管道重要性指标为权重，采用最小生成树算法计算给水管网枝状结构，代表了主要供水路径；
步骤3，考虑分区特点，为提高计算速度，枝状结构中与叶节点相连的管道不作为主进水管道，因此可降低决策变量数量。分区主进水管道在枝状供水路径中，通过优化模块度、分区水压非相似性、分区割集管道数量和分区规模均匀性确定分区主进水管道；
步骤4，根据分区主进水管道，在枝状管网中即可确定分区节点聚类；
步骤5，根据分区节点聚类，在环状管网中确定分区边界管道；
步骤6，在分区边界确定的基础上，以次进水管道数量和水质为目标，水压为约束，优化次进水管道和阀门位置；
步骤7，根据生成的帕累托解的集合，选择合理的分区方案。
图3-4是采用本方法确定的优化分区方案。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多阶段多目标给水管网优化分区方法，其特征在于：根据灵敏度分析确定管道重要性指标，反映管网整体水力特性；根据该管道指标，采用最小生成树算法确定环状管网的主要供水路径，以枝状管网表示；在主要供水路径基础上，首先采用多目标算法确定分区主进水管道，得到分区节点聚类和分区边界管道；然后采用多目标算法优化边界管道，确定环状管网分区次进水管道和阀门位置；最终完成分区规划。
2.根据权利要求1所述的一种多阶段多目标给水管网优化分区方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：
步骤1，采用扰动法确定管道流量与节点需水量的灵敏度矩阵，计算每个管道的重要性指标，反映管网的整体水力特性；
步骤2，以管道重要性指标为权重，采用最小生成树算法计算给水管网枝状结构，代表了主要供水路径；
步骤3，根据分区结构特点，降低主进水管道决策变量范围；采用多目标算法优化确定分区主进水管道；
步骤4，将枝状供水管网中主进水管道断开，采用图论算法中连通子图方法确定节点聚类；
步骤5，根据分区节点聚类，通过比较环状管道两节点是否在不同聚类中确定环状管网中分区边界管道；
步骤6，在分区边界确定的基础上，以次进水管道数量和水质为目标，水压为约束，优化次进水管道和阀门位置；
步骤7，根据生成的帕累托解的集合，选择合理的分区方案，最终完成分区规划。
3.根据权利要求2所述的一种多阶段多目标给水管网优化分区方法，其特征在于：所述步骤3中，考虑分区特点，分区主进水管道在枝状供水路径中，且枝状结构中与叶节点相连的管道不作为主进水管道；通过优化模块度、分区水压非相似性、分区割集管道数量和分区规模均匀性确定分区主进水管道。
4.根据权利要求2所述的一种多阶段多目标给水管网优化分区方法，其特征在于：所述步骤5中，枝状管网管道均不是边界管道，边界管道搜索时仅分析枝状管网以外的管道，可提高寻找边界管道的搜索速度。
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