【博士】城市取水風險理論及優(yōu)化方法研究

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：市政工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：湖南大學　　學位年度：2006　　取水可靠性是城市供水安全的重要保障，基于風險分析的取水優(yōu)化方法不僅能提高供水系統(tǒng)的安全，而且可節(jié)省大量的工程投資和日常運行費用，因此具有安全性和經(jīng)濟性雙重意義。城市取水工程涉及了市政工程、水利和環(huán)境等多學科交叉，包括的內(nèi)容多、范圍廣，目前尚沒有系統(tǒng)的風險分析理論和優(yōu)化方法指導工程設計及運行管理，因此有必要對取水的水質(zhì)、泵站的風險理論及優(yōu)化方法進行深入系統(tǒng)地研究。在廣泛查閱國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上，本文進行了如下幾個方面的研究工作：　　(1)針對河流水質(zhì)模型參數(shù)最小二乘(LS)估計方法關(guān)于有色噪聲和較高水平白噪聲干擾不具魯棒性，噪聲干擾使估計參數(shù)“漂離”系統(tǒng)真值，本文提出了一種水質(zhì)模型參數(shù)的魯棒估計方法一一基于M-估計的估計方法，采用信賴域算法對估值模型進行求解。仿真試驗表明，M-估計對于有色噪聲和白噪聲干擾具有魯棒性，且估值精度、收斂性、抗噪性均優(yōu)于LS估計。當河流水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列較長時，采用小波消噪對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預處理，仿真結(jié)果表明，小波消噪可消除隨機噪聲對水質(zhì)模型參數(shù)估計的干擾，并能從監(jiān)測數(shù)據(jù)分離出隨機噪聲，估計其噪聲水平，為確定M-估計的閥值提供依據(jù)?！　?2)分析了影響水環(huán)境水質(zhì)風險的不完善性和模糊性因素，提出了河流水質(zhì)超標的模糊隨機風險率計算模型。計算結(jié)果表明，將河流水質(zhì)系統(tǒng)的不確定性歸結(jié)為隨機性，是不合理的，模糊風險率模型的計算結(jié)果與實際情況基本吻合。采用二種水質(zhì)模糊安全狀態(tài)定義對水質(zhì)超標模糊風險率進行了計算，結(jié)果表明定義形式?jīng)]有本質(zhì)區(qū)別。引入了模糊事件信息熵評價隸屬函數(shù)特征值取值的可靠程度，定量描述了隸屬函數(shù)特征值與風險率的關(guān)系，提高了特征值的計算精度?！　?3)現(xiàn)行取水泵站的設計和調(diào)度方法使取水泵站存在很高的電機超載和泵站過流風險率。本文分析了取水泵站的工況特點及其影響因素，根據(jù)江河水位的變幅及其概率分布，建立了取水泵站運行過程中機組電機過載和泵站過流模糊隨機風險率計算模型，計算結(jié)果與實際吻合，可為取水泵站的優(yōu)化設計、科學調(diào)度提供科學的決策依據(jù)?！　?4)本文引入水污染控制總成本概念提出了多目標水質(zhì)規(guī)劃優(yōu)化模型，以河流排放口的污水處理費用最小和水污染經(jīng)濟損失最小為優(yōu)化目標。采用連續(xù)函數(shù)模擬退火算法對優(yōu)化模型求解，提高了運算效率和穩(wěn)定性?；鵭二水質(zhì)超標模糊風險率的水污染經(jīng)濟損失計毓模型可將水質(zhì)M險轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟損失，既考慮水質(zhì)系統(tǒng)中的不確定性因素和水質(zhì)風險性，又兼顧了河流水質(zhì)規(guī)劃經(jīng)濟性，使規(guī)劃方案更加全面、科學　　(5)取水泵站的工況預測和分析是優(yōu)化設計及調(diào)度的基礎(chǔ)，本文采用工況譜的編制定量描述了取水泵站的工況范圍及變化規(guī)律；利用小波網(wǎng)絡的泛億能力、自適應數(shù)據(jù)和函數(shù)變化的能力，建立了城市用水量非線性組合預測模型。提高了預測的準確性。在此基礎(chǔ)上，考慮取水泵站的工況特點、分時電價和清永池容積，建立了優(yōu)化調(diào)度的二層分解-協(xié)調(diào)模型及求解方法?；诙?shù)工況譜和優(yōu)化調(diào)度方法建立了取水泵站設計、改造的優(yōu)化模型，實例應閔表明，通過優(yōu)化后的取水泵站在經(jīng)濟性、可調(diào)度性和可靠性等方面均優(yōu)化現(xiàn)行方法。　　共150頁

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