供水管网性能综合评价与多目标更新优化模型研究

现有的供水管网更新优化理论，大多把直接经济性指标（换管费用和修复费用等）作为唯一优化目标，一方面忽略了管网节水效益等间接经济目标，另一方面忽略了可靠性指标，或虽有少数文献考虑了可靠性指标，但对可靠性定义也过于简单。另外，缺少从不确定性理论角度对系统优化更新的研究和实践，未考虑到许多影响系统性能的不确定性因素，如需水量在时间和空间上分布的不均匀性、管网组件发生故障（爆管）及漏损水量的概率性等。因此，本课题依托供水管道状态评估和系统性能综合评价模型等，建立以供水管网投资和运行费用最小、管网节水效益最大、性能表现最优为目标的供水管网更新优化模型，并从遗传算法、粒子群算法、混合蛙跳算法等智能算法中优选能够求解供水管网多目标更新优化模型的算法，最终将模型和求解方法应用于供水管网的更新与改造，达到增强供水管网运行的可靠性与经济性的目的，实现供水系统的安全输配。

供水管网是城市重要的基础设施，承担着将自来水按质保量的从净水厂输配给用户的任务。对供水管网性能进行综合评价与多目标更新优化的研究，一方面对城市供水系统的安全输配具有重要的理论意义，另一方面可保障供水管网的可持续健康发展。.课题首先调研天津供水企业，选定研究对象，基于开源的EPANET水力水质模拟平台，对供水管网实现模型校验并进行动态模拟，进而为管网性能进行评价提供状态数据。.其次，选定水力可靠性、水质安全性、结构稳定性、系统节能性以及系统经济性这五项评价指标，并在此基础上结合改进的AHP（The Analytic Hierarchy Process）层次分析法构建供水管网性能评价体系，用于评估管网的综合性能。.再次，分别基于极限爆管率和管网综合性能评价，建立管网优先更新管段的模型，参考供水部门提供的管道更换预算，确定待更新管段集合。.最后，结合待更新管段数据集合，建立投资运行费用最低、可靠性高的多目标更新优化模型。在该多目标更新优化模型中，创新地增加了最少碳排放量的目标。模型求解基于GPU并行计算技术和NSGA-II算法，并通过工程实例验证了多目标更新优化模型和算法的可行性。.关键词：供水管网；性能综合评价；多目标；更新；优化