本书详细介绍了供水管网系统仿真模拟的技术理论，包括数学模型、优化算法和不确定性分析理论等；详细描述了管网建模的技术过程，包括模型系统构架与顶层设计、数据采集与录入、现场测试、水量分配、参数设置、模型校核、模型应用和模型维护等；重点介绍了管网水力模型在规划设计、运行调度中的应用案例，分享了世博园区供水管网水质模型建设与应用探索。
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《博士后文库》序言
序
前言
上篇 理论研究
第1章 绪论 3
1.1 研究背景 3
1.2 我国供水管网系统建模的机遇与挑战 4
1.2.1 管网建模的机遇 4
1.2.2 管网建模的挑战 5
1.3 供水管网模型的研究进展 7
1.3.1 管网水力模型的研究与应用 7
1.3.2 管网水质模型的研究与应用 11
1.3.3 模型自动校核研究进展 15
1.4 研究目的与意义 16
第2章 管网模型参数实测与水力模型建立 17
2.1 建模技术流程 17
2.2 模型参数实测 18
2.2.1 大用户用水规律(用水模式)实测 19
2.2.2 管道阻力系数实测 21
2.2.3 阀门阻力系数实测 27
2.2.4 水泵特性曲线实测 35
2.2.5 节点高程GPS实测 37
2.3 供水管网系统动态模型建立 39
2.3.1 管网和SCADA数据要求 39
2.3.2 管网模型和SCADA接口设计 40
第3章 管网水力模型自动校核 41
3.1 管网水力模型校核 41
3.1.1 模型校核精度分析 42
3.1.2 模型校核方法 44
3.2 优化过程采用的遗传算法 45
3.2.1 遗传算法基本原理 45
3.2.2 遗传算法数学机理 48
3.2.3 快速混乱遗传算法 50
3.2.4 非控制排序遗传算法 53
3.3 监测点优化布置 57
3.3.1 监测点优化布置模型建立 57
3.3.2 监测点优化模型求解 58
3.3.3 监测点优化结果分析 60
3.4 自动校核面临的问题和对策 62
3.5 模型自动校核结果分析 65
第4章 管网水质模型自动校核及其应用 70
4.1 单物质反应模型 71
4.1.1 单物质反应模型原理 71
4.1.2 单物质反应模型求解 72
4.2 多物质反应模型 74
4.2.1 多物质反应模型原理 74
4.2.2 多物质反应模型求解 75
4.3 管网水质节点混合模拟方法改进 77
4.4 水质模型校核方法改进 79
4.4.1 水质模型校核标准 80
4.4.2 水质模型自动校核改进 81
4.4.3 水质模型自动校核结果分析 82
4.5 管网细菌再生长模型应用 85
4.5.1 单物质反应模型对异养菌的间接模拟 85
4.5.2 多物质反应模型对管网中细菌的直接模拟 92
第5章 供水管网不确定性来源与变量随机性分析 96
5.1 管网系统不确定性的来源 96
5.2 管网系统变量随机性分析 97
5.2.1 管网工况动态性 97
5.2.2 管网拓扑结构复杂性 98
5.2.3 用水量时空分布的不均衡性 98
5.2.4 管段流量和节点压力的随机性分析 98
第6章 基于随机抽样的不确定性分析理论与实例研究 101
6.1 确定性模型计算理论 101
6.1.1 基本水力条件 101
6.1.2 环状管网计算方法 102
6.2 不确定性分析理论方法 103
6.3 管网系统随机抽样模拟理论方法 105
6.4 随机抽样方法研究 107
6.5 基于随机抽样的不确定性分析实例研究 108
6.5.1 基于随机抽样模拟的实例分析 109
6.5.2 模型精度评估建议 111
6.5.3 基于随机抽样模拟的管网软件开发 112
下篇 工程应用
第7章 超大城市供水规划分析与模型应用 119
7.1 供水管网概况 119
7.1.1 供水现状 119
7.1.2 信息化程度 122
7.1.3 水厂和增压泵站 123
7.1.4 供水管网系统 125
7.1.5 供水管网运行调度 126
7.2 供水管网模型现状调研 127
7.2.1 管网模型现状 127
7.2.2 各区域供水管网模型校核与评估 129
7.2.3 中心城区管网模型整合 131
7.3 供水规划调研及需水量预测 132
7.3.1 各供水区域规划资料梳理 132
7.3.2 各供水区域阶段需水量预测 135
7.4 预测需水量调整及供水结构调整方案 137
7.4.1 预测需水量调整 137
7.4.2 供水结构调整原则 137
7.4.3 供水结构调整方案 138
7.4.4 调整方案模拟计算及结果评估 141
7.4.5 工程费用初步匡算 145
7.5 各阶段供水方案模拟验证 145
7.5.1 2012年供水方案及模拟验证 145
7.5.2 2013年供水方案及模拟验证 147
7.5.3 2015年供水方案及模拟验证 150
7.5.4 2020年供水方案及模拟验证 154
7.5.5 各阶段供水方案模拟验证结果 159
7.6 水源切换下管网系统安全评估 159
第8章 管网模型在中型城市供水规划中的应用 166
8.1 中长期需水量预测 167
8.1.1 灰色预测方法简介 168
8.1.2 需水量预测模型建立与求解 169
8.1.3 预测结果与精度分析 170
8.2 规划模拟及方案比较 172
8.2.1 方案评价指标 172
8.2.2 2015年供水规划 173
8.2.3 2020年供水规划 176
第9章 中小城镇供水管网模型应用研究 181
9.1 供水管网现状评估 181
9.1.1 供水概况 181
9.1.2 模型概况及应用研究 183
9.2 水厂停役模拟分析 190
9.3 馈水分析 192
9.4 小结与建议 194
第10章 世博园区供水管网水质模型探索 195
10.1 供水管网在线监测系统 195
10.2 供水SCADA系统 199
10.3 管网水质模型的建立和应用 200
10.3.1 管网水力模型 200
10.3.2 管网水质模型 203
10.4 小结与建议 210
参考文献 212
编后记 214
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