基于水质保障的供水系统智能优化技术研究

【摘要】饮用水水质安全关系到国计民生和社会稳定，伴随着社会经济的迅猛发展，水源水及管网水的水质问题日益突出，输配水管线老化、腐蚀现象严重，管网二次污染问题不容乐观，且多数城市的供水系统尚未建立统一的管网监控、调度管理和管网水质保障技术平台。因此，以有效保障供水系统的水质安全性和供水可靠性为目标，对从原水调配到供水管网的仿真建模再到供水系统调度运行等一系列的优化技术展开研究，寻求基于水质保障的供水系统运行、调控、管理方案，为饮用水安全保障提供技术支持，具有非常重要的意义。本文首先从水资源优化配置角度出发，针对目前研究过程中，多注重对水量的调配及调配过程中的经济效益，而忽略了原水水质对水厂处理工艺及管网水质的影响等问题，以黄河中上游地区水质状况较差的水源井输配系统为研究对象，研究黄河干流两侧引黄地区浅层地下水的水质特征，采用傅里叶变换与人工神经网络相结合方法建立入厂处—水源井特征污染物耦合模型；并在此基础上，构建基于特征污染物控制的原水优化调配模型，采用自适应并行遗传算法予以求解，并研发了相应的应用程序和软件；将所研发的技术应用于黄河中上游地区Z市水源地，验证了所研发的优化调配模型的有效性和实用性。针对供水管网微观仿真模型精度较低、应用范围受限等问题，对开放式区域供水管网的动态仿真建模技术进行研究，从研发精度较高的管网参数测试装置、对区域供水管网的边界流量进行自适应优化调整等技术方法入手，提高所构建的仿真模型的精度；在此基础上，本文提出了管网典型水质指标的模拟分析技术，实现了基于微观模型的余氯模拟以及基于神经网络的浊度、铁等指标的模拟计算；将所研发的《城市供水安全保障平台》在我国大中型城市J市开放式区域供水管网进行应用与实践，验证了所构建的仿真模型的精度和水质模拟结果的准确性。在供水系统的优化调度方面，当前研究大多忽略了不同水源的切换对管网水质的影响。针对此问题，本文以黄河中下游地区多水源切换供水城市为研究对象，对“黄水”成因进行分析，通过对以黄河水、山区水库水为水源的出厂水进行混合调配实验，对“黄水”的应对措施进行探讨；在建立以余氯、铁等作为控制指标的多组分水质目标函数的基础上，构建两级优化调度模型，并采用多目标进化算法NSGA-Ⅱ予以求解，进而研发了《城市供水优化运行系统》；将所研发的技术应用于J市多水源混合供水区域，通过优化调配计算，在保障供水可靠性和经济性的同时，加强了研究区域管网的水质化学稳定性，降低了“黄水”发生的几率。本文以保障供水系统的水质安全性、供水可靠性和供水经济性为目标，通过将自适应并行遗传算法、人工神经网络、多目标进化算法NSGA-Ⅱ等现代智能优化方法应用于基于特征污染物控制的原水优化调配、开放式区域供水管网仿真建模与水质模拟以及多水源切换条件下的供水系统优化运行管理等方面的研究，建立从水源到管网的水质安全保障平台，为城市供水系统的科学化、合理化运行管理提供了有力的技术支持。
【作者】董深；
【导师】吕谋；
【作者基本信息】青岛理工大学，结构工程，2014，博士
【关键词】智能优化技术；水质保障；开放式区域供水管网；多水源切换；特征污染物控制；“黄水”成因与应对；

【参考文献】
[1]季者.盐酸法降解壳聚糖制备特定聚合度壳寡糖（DP=5-7）的研究[D].上海海洋大学,食品科学与工程,2013,硕士.
[2]尹福禄.我国金融自由化进程中的金融风险预警研究[D].河北经贸大学,统计学,2012,硕士.
[3]俞嘉灏.国内商业银行黄金业务发展创新研究[D].复旦大学,国际金融学,2012,硕士.
[4]于甜甜.基于语义树的语句相似度和相关度在问答系统中的研究[D].山东财经大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[5]赵群.腰椎间盘突出症术后复发患者的腰痛功能障碍评估[D].苏州大学,临床医学（专业学位）,2014,硕士.
[6]靳宏伟.基于Schur补的分块矩阵广义逆的表示及其应用[D].广西民族大学,应用数学,2013,硕士.
[7]刘志立.基于DALI的LED照明控制系统设计及可靠性分析[D].哈尔滨理工大学,检测技术与自动化装置,2012,硕士.
[8]刘波.农村留守学生教育管理探究[D].西南大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[9]詹沙磊,刘南,陈素芬,叶永.基于需求更新的救灾品配送公平与效率协调模型[J].控制与决策,2014,04:686-690.
[10]井元伟,杨开阳,金福德,KhosrowSohraby.具有多优先级多服务网络的激励价格控制[J].控制与决策,2001,04:425-429.
[11]潘越伟.带有信用风险的未定权益定价：渐近展开方法[D].华中师范大学,概率论与数理统计,2014,硕士.
[12]陈光旭.医疗纠纷诉讼证据保全研究[D].西南政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[13]白靖超.国际刑事法院与联合国安理会关系探析[D].外交学院,国际法,2014,硕士.
[14]许博文.“自信新生活”—长春市朝阳区湖西街道肢体残疾儿童自信心培养项目书[D].长春工业大学,社会工作,2013,硕士.
[15]陈岩霞.低功耗技术在胰岛素泵中的应用研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[16]周荔丹,解大,M．M．Khan,姚钢,纪飞峰,陈陈,舒晓琼.单相并联型有源滤波器的鲁棒电流控制方法[J].电力系统自动化,2005,23:44-48+75.
[17]王飞飞.离子束能量测试技术研究[D].西安工业大学,光学工程,2014,硕士.
[18]易华.小说叙事动力研究[D].扬州大学,文艺学,2014,博士.
[19]孙天一.纳米石墨/泡沫镍阴极的制备及电化学降解苯酚的研究[D].黑龙江大学,2013.
[20]葛信勇.重庆市山区农村科教兴农问题研究[D].西南农业大学,农业经济管理,2004,硕士.
[21]王磊.全球一体化背景下中国种业国际竞争力研究[D].中国农业科学院,农业区域发展,2014,博士.
[22]罗波.太阳能热发电站热力系统动态特性仿真[D].重庆大学,动力工程及工程热物理,2014,硕士.
[23]高明,刘刚,吕宏.长波红外反远距物镜光学被动消热差设计[J].西安工业大学学报,2015,02:94-100.
[24]郝高峰.网络政治参与及监管研究[D].湖北工业大学,政治学理论,2013,硕士.
[25]陈春满.通信网络资源信道调度的研究与实现[D].东北大学,计算机技术,2011,硕士.
[26]罗枫.施密特的马克思自然观解析[D].长安大学,科学技术哲学,2014,硕士.
[27]苗伟.石墨烯制备及其缺陷研究[D].西北大学,2011.
[28]倪勇坚.电厂控制系统的优化软件设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机技术,2012,硕士.
[29]刘益君.我国非营利组织绩效审计评价研究[D].北京交通大学,2014.
[30]张全明,刘会金,兰泉妮,王建勋,金维刚.基于频谱分析的间谐波闪变效应计算[J].电力系统自动化,2009,09:67-72.
[31]罗新星,彭久生.基于粗糙集理论的数据挖掘方法在电子商务中的应用[J].科技情报开发与经济,2003,07:175-177.
[32]张旻,张铃.基于构造性覆盖算法的离群数据挖掘研究[J].计算机科学,2005,04:27-30.
[33]安洁.河北省青少年甲组女排运动队身体素质现状和技术运用的研究[D].河北师范大学,体育教学,2012,硕士.
[34]余兆力.基于Snort的网络入侵检测系统研究[D].浙江工业大学,2005.
[35]张玮.解读伊恩·麦克尤恩笔下的病态人物[D].东北师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[36]朱晓春.基于CWM的关系型数据库建模工具的研究[D].合肥工业大学,2005.
[37]徐慧敏.小鼠局灶性脑缺血后24小时内脑水肿及血脑屏障通透性的变化[D].浙江大学,药理学,2004,硕士.
[38]刘煚.国际铁矿石期货市场特征研究[D].江西财经大学,国际贸易学,2013,硕士.
[39]沈飚,于东海,孙忠良.3ns脉宽的单脉冲探地雷达系统[J].石油地球物理勘探,1996,06:867-873+906.
[40]薄莎.试论亚文化元素在当代欧美动漫影视中的呈现[D].重庆工商大学,传播学,2014,硕士.
[41]吴鲁文.菏泽市服务业发展研究[D].山东师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[42]丁辉.手套生产线数据采集管理系统的研究[D].河北科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[43]杨洋.修饰环糊精的分子组装及其生物活性研究[D].南开大学,2013.
[44]钱圣波,丁振国.远程教育中的知识管理研究[J].西安电子科技大学学报(社会科学版),2004,04:89-92.
[45]高少华.鄂尔多斯盆地西缘中部横向构造带中新生代演化改造及其油气意义[D].西北大学,矿产普查与勘探,2014,硕士.
[46]夏冬.基于时间序列分析的大型风电场功率预测方法研究[D].北京交通大学,2012.
[47]崔瑜.职场类电视节目中的“对话”功能研究[D].南京航空航天大学,广播电视艺术学,2013,硕士.
[48]王文瑞,顾继雄,吕洪涛.宝钢不锈钢铁区管理系统及应用(下)[J].冶金自动化,2011,04:1-7.
[49]王坚强.一种多准则纯语言群决策方法[J].控制与决策,2007,05:545-548+553.
[50]王帅旗.船舶驾驶室布置人机工程设计及其应用[D].哈尔滨工程大学,机械设计及理论,2012,硕士.