基于剩余能量熵的供水管网可靠性优化设计

针对供水管网(WDS)的可靠性优化设计问题,提出将剩余能量熵作为可靠性度量指标,建立以剩余能量熵最大化、以管网建造年费用和运行费用最小化为设计目标的多目标优化模型.结合一典型管网算例,应用非支配排序遗传算法-II(NSGA-II)并引入诱导变异算子求解该模型,给出设计目标间的Pareto前沿面.优化结果表明,成本和采用剩余能量熵描述的可靠性指标得到了显著的优化,诱导变异算子的引入大大加快了种群向目标解域的收敛速度.在解集中,将剩余能量熵与Vaabel提出的剩余能量因子和Todini提出的恢复力指标进行比较.比较结果显示,剩余能量熵与剩余能量因子、恢复力指标均存在很好的正相关关系,证实了以剩余能量熵作为可靠性指标的可行性.通过比较管网在各管段依次发生故障时的剩余能量熵和流量熵,发现剩余能量比流量熵更能够灵敏地反映故障工况,表明基于剩余能量熵指标设计的管网更能够提高管网应对故障的能力.

震后供水管网剩余能量熵的蒙特卡罗模拟分析

为评估震后供水管网可靠性,采用蒙特卡罗方法模拟地震灾害,应用压力驱动节点配水量方法分析震后管网水力,计算震后供水管网的剩余能量熵;通过计算剩余能量熵,得到节点及管网剩余能量熵数据统计曲线、流量熵与剩余能量熵的对比情况以及不同烈度剩余能量熵在管网中的分布情况,从数据分析中研究剩余能量熵影响因素。研究结果表明:基于蒙特卡罗模拟的震后供水管网节点的剩余能量熵在3000次模拟后基本达到稳定,其值取决于水源点到节点的供水路径以及剩余能量因子在不同路径分配的均匀程度。