Evaluation and optimization of secondary water supply system renovation

Due to pollution in second water supply system (SWSS),nine renovation alternative plans were proposed and com-prehensive evaluations of different plan based on Analytical Hierarchy Process (AHP) were presented in this paper. Comparisons of advantages and disadvantages among the plans of SWSS renovations provided solid foundation for selecting the most appro-priate plan for engineering projects. In addition,a mathematical model of the optimal combination of renovation plans has been set up and software Lingo was used to solve the model. As a case study,the paper analyzed 15 buildings in Tianjin City. After simulation of the SWSS renovation system,an optimal scheme was obtained,the result of which indicates that 10 out of those 15 buildings need be renovated in priority. The renovation plans selected for each building are the ones ranked higher in the com-prehensive analysis. The analysis revealed that the optimal scheme,compared with two other randomly calculated ones,increased the percentage of service population by 19.6% and 13.6% respectively,which significantly improved social and economical benefits.

基于NSGA-Ⅱ的南水北调东线一期北延应急工程水资源多目标优化配置

为推进南水北调工程高质量发展,以南水北调东线一期北延应急供水工程为研究对象,开展北延应急供水工程水资源多目标优化配置研究。以缺水量最小、调水成本最低为目标,构建北延应急供水工程受水区水量多目标优化配置模型,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行模型求解。确定各受水区在经济最大化和缺水总量最小化条件下的供水量,制定符合农业、生态和城市应急等需求的精准调配方案。结果表明:平水年满足按需分配条件,做到满足最大需水量的同时也满足供水成本最低的目标;枯水年年供水保证率分别为57%、56%、55%、54%、53%、49%、46%、36%、34%和21%情况下的10组最优解作为水量优化配置方案,其中7个优化配置方案供水保证率大于规划调水量的供水保证率值38%。在水资源多目标优化配置方案下可高效完成受水区供需水任务的同时,有效提高供水保证率,同时保证调水成本的经济性。

臭氧活性炭工艺处理多种新污染物复合污染研究

以南方某流域水体可检出的SD、SMZ、HCB、马拉硫磷和BPA等新污染物为研究对象,进行复合新污染物共存的原水加标处理试验,研究预处理-常规处理-臭氧活性炭工艺处理效果。结果表明,SD、SMZ、BPA与COD_(Mn)均具有较好的相关性;生物预处理工艺对SD、SMZ、HCB、马拉硫磷和BPA去除率分别为23.97%、21.20%、6.08%、16.26%和23.76%,生物预处理最优停留时间是120min,最优气水比是1:2;常规处理工艺对SD、SMZ、HCB、马拉硫磷和BPA的去除率分别为18.02%、20.08%、23.02%、8.26%和16.53%,常规处理中SMZ和马拉硫磷的混凝剂最佳投加量为15mg/L,其余3种新污染物的混凝剂最佳投加量为20mg/L;深度处理工艺对SD、SMZ、HCB、马拉硫磷和BPA的去除率分别为49.13%、53.80%、60.20%、77.07%和71.50%,深度处理最佳臭氧投加量是3mg/L,最佳臭氧接触时间为24min,最优炭床停留时间是25min。试验工艺对复合新污染物具有良好的去除作用,对SD、SMZ、HCB、马拉硫磷和BPA的总去除率达到了69.86%、73.10%、73.65%、83.74%和82.72%,试验条件下出水的HCB、马拉硫磷和BPA满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2022),出水的磺胺嘧啶和磺胺二甲嘧啶满足欧美发达国家的水质标准。

基于动态规划法的调水工程闸泵切换优化调度方案

针对跨流域调水工程运行线路中经验型闸泵切换启闭形式的问题,选取位于山东省德州市中心城区潘庄引黄灌区马颊河左岸辛店闸至沟盘河水库整条线路为研究区域,基于动态规划的正向递推法,以调水线路经济最优、调水最快为目标函数分别建立2个调水过程模型;利用Python语言对2个调水过程模型进行计算,确定不同运行阶段的闸泵切换方式、开启时刻及开启时长,得到流量与水位相结合的经济优且调水快的闸泵切换优化调度方案。结果表明,沟盘河水库初始水位为影响总运行费用及总调水时间的主要因素,闸泵切换优化调度方案可使运行费用降低20%,总调水时间缩短8%,提升了调水线路的经济效益与运行效率。

基于DQN算法的泵站供水系统节能控制优化

针对手动调节泵站中水泵运行的转速和启停会造成严重的能量浪费问题,引入基于深度Q网络(deep Q-learning network,DQN)的强化学习算法,通过获取当前泵组运行的状态,自动优化水泵组工作时各个水泵的运行参数,在各个水泵均处于高效区的前提下,提高水泵组的整体效率。对水泵组状态优化问题分别进行了数学描述和马尔可夫决策过程描述。同时定义了水泵组运行时的状态空间、动作空间和即时奖励值,构建DQN网络,并以深圳市M水厂为算例,在由Gym构建的自定义仿真环境中进行验证。相较于人工调控,DQN算法调控降低了8.84%的损失能耗,一年可节省吨水电耗达1.27×10^(-2) kW·h/t,实现了节能减排,具有良好的经济效能。同时,DQN算法可通过在线学习的方式适应供水环境的变化,具有自主性、实时性、可推广性等优点。

聚氯乙烯给水管道破裂粘接修复工艺优化

为有效缓解聚氯乙烯给水管道接近使用年限,施工不当、管材管件配合不到位、胶粘剂质量不合格等各种原因导致破裂而需修复的问题,对于修复用胶粘剂及粘接修复工艺的要求越来越高,且明确指出针对不同施工环境选择可满足多重条件的胶粘剂,以有效保障给水管道粘接修复效果。通过概述粘接技术,以及聚氯乙烯给水管道破裂原因,深度解析了聚氯乙烯给水管道破裂粘接修复工艺的破裂定位、表面处理、备胶粘剂、粘接修复、整饰加工、质量检测全过程,以期为给水管道粘接修复获得理想效果提供参考依据。

城乡一体化背景下水厂布局优化研究

城乡一体化供水是水行业践行乡村振兴战略的重要民生工程,是优化资源配置、提升农村居民用水品质、推进供水行业绿色低碳的重要举措。以杭州市为例,选取高程、坡度、水量需求、水源地保障能力、水厂服务能力5个影响因子进行适宜性评价,并采用层析分析法进行多因子叠加分析,综合评价不同区域水厂建设的需求度。综合考虑供水经济性和供水水质保障,科学指导水厂布局建设,构建更安全、高效、绿色的供水系统,以期为其他区域城乡一体化供水规划提供参考。

基于RBF代理模型的调水过程优化研究

调蓄工程通过泵站调水过程中,需要通过合理的控制泵站启闭时间来调节水位,从而不断优化调水过程,但以往的优化方法效率低而且不易得到最优方案。为解决这一问题,本文以南水北调东线山东段南四湖下级湖为研究对象,基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)代理模型建立调水过程优化模型,得到了调水过程方案参数区间内的最优方案,并基于实际调水情况求得不同起调水位下的调水过程最优方案。首先根据调水过程方案参数区间自动选取80个调水过程方案样本,并利用一维二维耦合水动力模型算出每个方案的水位变化过程;其次采用RBF代理模型建立并验证调水过程方案与最高水位、最低水位的响应关系;最后基于RBF代理模型,以泵站工作总时间最短为目标,考虑水量平衡和水位约束建立优化模型,采用粒子群算法求解。研究结果表明,基于RBF代理模型的调水过程最优方案结果与耦合模型计算该方案结果的绝对水深误差不超过0.05 m,相对水深误差不超过0.99%,模型计算精度高。基于RBF代理模型的调水过程优化模型,求解得到调水过程参数区间内的最优方案,解决了传统方法在人为设定有限个方案内得到较优方案的局限性。

基于改进PSO算法的跨流域水库群联合调度图优化

针对跨流域水库群优化调度具有高维非线性和动态性的特点,提出一种改进粒子群优化算法用于跨流域水库群引(调)水与供水联合调度图的求解.该算法针对基本粒子群优化算法易陷入局部最优且进化后期收敛速度慢的缺陷,引入交叉和变异策略、模拟退火策略和反射边界策略,以增加种群的多样性并提高算法的进化速度和全局搜索能力.数值测试证明了该算法用于求解高维复杂优化问题的有效性,实例研究也表明该算法提高了整个系统的供水与引水效益,是一种优化复杂水库群联合调度高效实用的方法.

考虑调水和供水规则的水库优化调度

针对用于调节当地地表水资源的水库受多水源影响需要制订新调度规则的问题,考虑非常规水调蓄能力低的特点,在优先配置非常规水的基础上对受水区水库设置调水和供水规则,建立了考虑调水和供水效率的水库优化调度模型,并采用理想点法和遗传算法对调度规则寻优。将模型应用于威海市区米山水库,结果表明:与标准调度策略相比,优化后的水库调度规则使多年平均调水量减少2692.4万m^(3),多年平均弃水量减少417.5万m^(3),提高了天然来水和外调水的利用率;枯水年对外调水的依赖性高于丰水年和平水年,平均调水量仅减少398万m^(3);在该调度规则下,减少外调水量的同时增加非常规水的配置可将农业供水保证率从75%提高到88.4%。

基于AHP-LP法的南水北调中线水资源优化配置——以河北省受水区为例

水资源是不可替代的重要自然资源和战略性经济资源,水资源优化配置是解决水资源问题的重要手段。为促进区域水资源供需状况相对平衡,按可持续发展的要求,根据区域水资源优化配置的含义和南水北调河北省受水区的具体情况,以有限水资源综合效益最大为目标,考虑水源可供水量、用户需水量和水环境与经济系统协调发展等约束,采用层次分析法与线性规划法相结合的方法,建立了水资源优化配置模型,并对模型的目标函数、约束条件和主要参数确定进行了初步探讨。最后用该模型进行了南水北调河北省受水区2005年和2010年95%保证率下的水资源优化配置研究,并对求解结果进行了分析、评价及展望。结果表明,南水北调工程实施后,能够解决河北省受水区严重缺水的状况。

面向运行全过程的水电站技术供水系统优化模型研究

基于目前水电站技术供水系统模型不能实现一体化正常运行操作过程和故障连锁过程的现状,提出了面向水电站技术供水系统运行全过程的实用化仿真模型。首先对控制过程和动态过程进行解耦和优化,建立反映正常运行模式的基本设备模型。再利用故障连锁模式与正常运行模式的逻辑相似性将故障行为融合至正常行为,实现正常状态和故障状态一体化建模。最后由设备模型搭建系统模型,实现供水系统全过程的仿真。该模型物理概念清晰、计算简洁、通用性强,在多个水电站的仿真培训系统中得到了运用,并推广至整个辅机系统。研究成果为水电站技术供水系统优化设计提供参考。

南水北调山东段水资源优化配置研究

针对南水北调沿线受水区水资源供需矛盾十分突出的问题,以东线山东段为研究对象,研究南水北调受水区水资源供需平衡问题。受水区水资源配置是一个涉及多水源,多用途,不同区域的复杂问题。本文运用大系统分解协调原理,建立水资源优化调度模型,运用优化技术对模型进行求解,给出了优化决策算法的程序框架图,合理解决了多水源、多目标、多用户、多保证率的水资源配置问题,研究结果可为同类问题提供依据。

调水工程系统的水力控制仿真及参数的优化

本文将现代控制理论与数字仿真技术相结合,建立了包括管道、泵站及前池等明渠输水系统的水力控制状态模型,并运用神经网络理论对参数进行优化。在数字仿真平台上对所建立的调水工程全系统进行了动态仿真模拟,通过对实例的优化仿真模拟证明:该仿真模型对调水系统具有良好的调节和控制性能,实现了输水系统水力控制过程动态仿真的可视化;神经网络理论的应用也使系统参数得到优化。

改进AHP-灰色关联分析的给水厂排泥水处理工艺优选模型

针对目前给水厂排泥水处理工艺流程甑选过程中存在的若干问题,以灰色关联分析为骨架建立给水厂排泥水处理工艺优选模型。通过最优传递矩阵对传统层次分析法进行改进,解决了传统层次分析法判断矩阵一致性修正的难题,并采用改进的层次分析法确定模型权重分配集合。以重庆某电厂净水站排泥水处理工艺设计为实例,介绍该模型的计算流程以及评价方法,并运用模型对工艺流程进行评判,得出适合该电厂净水站排泥水处理的最优工艺。

引大入秦工程水资源优化配置研究

在引大工程灌区和邻近地区水资源供需分析的基础上,运用水资源系统分析理论,采用线性规划方法,建立了引大工程水资源优化配置模型。对引大工程的水资源在灌区及其周边兰州、白银两市统一进行优化配置研究,得出了近期和远期水资源优化配置方案,所建模型和优化配置方案正确、合理,符合引大工程及其供水区实际。进行了供水区环境效益和经济效益评价,提出了符合引大工程供水区水资源特性的研究结论和对策与措施建议。

跨流域水库群联合供水调度的聚合分解协调模型及应用

针对多水源、多用户的跨流域水库群供水联合优化调度问题,结合滦河流域水库群和供水区的特点,以最大缺水率最小为目标函数,建立水库群供水系统聚合分解协调模型,对水库群进行聚合并按一定的规则分解和协调,计算不同供水区的相对重要性,并利用免疫进化粒子群算法(IPSO)对供水策略进行优化计算、利用优先调度原则对水库群进行协调计算,从而确定水库供水调度过程线。结果表明,聚合分解协调模型能降低调度的复杂度,可操作性强,对于提高水资源利用率具有重要的理论意义与应用前景。

南水北调河北省受水区水资源可持续利用AHP量化研究

为了充分利用调入水,实现南水北调河北省受水区水资源可持续利用,以受水区7个设区市为主要研究对象,考虑2010年南水北调工程建成为前提,预测了7个设区市现状水平年为2005年和预测的2010、2015、2020、2025、2030年在95%保证率下供需平衡状况,以此为依据,确定各设区市水资源可持续利用的权重系数,利用层次分析法(AHP)构建河北省受水区水资源可持续利用评价模型,进行定性分析和定量计算,对加大治污力度、控制地下水开采、加强节水措施、完善技术管理这4项水资源可持续利用对策进行重要程度排序。得出整个受水区及7个设区市主要可持续利用对策的重要程度排序:整个受水区可持续利用对策中,控制地下水开采最重要,其次是治污措施;邯郸市完善技术管理最重要,其次是控制地下水开采。

热水低温直供集中供暖系统输热能力提升技术分析

剖析了热水低温直供集中供暖系统运行中存在的问题,尤其是伴随着热负荷的递增系统输热能力存在瓶颈,分析了供热管道输热能力提升的途径及其特点,提出热水低温直供集中供暖系统输热能力提升技术方法,采用增大一次侧供回水温差、应用多元化混合回水模式并通过寻求最佳混合水量进行控制的综合方案,有效提升系统输热能力的同时实现了供热质量的改善和节能节电的效益。

电渗析苦咸水淡化技术研究进展

电渗析苦咸水淡化技术具有脱盐效果好、成本较低、绿色环保等优点,但存在制膜工艺繁琐、传质模型不够精确、能效有待提升等问题。本文首先分析了苦咸水电渗析用离子交换膜的制备及改性方法,对膜材料存在的问题进行了探讨。综述对比了苦咸水电渗析在简化模型、理论模型、半经验模型方面的原理及最新进展,系统总结了常规苦咸水电渗析过程的运行方式和工艺优化策略,并进一步介绍了以新型电去离子、冲击电渗析、可再生能源驱动电渗析为代表的新型电渗析过程在苦咸水淡化方面的原理及应用。在此基础上,提出了今后的研究方向集中于降低制膜成本、优化传质模型、探究集成膜法淡化工艺以及新型电渗析过程等方面。