西宁市给水管网测压点优化布置及状态估计

西安建筑科技大学硕士学位论文西宁市给水管网测压点优化布置及状态估计姓名：周敏申请学位级别：硕士专业：市政工程指导教师：黄廷林20040601西安建筑科技大学工程硕士学位论文西宁市给水管网测压点优化布置及状态估计专业：市政工程导师：黄廷林教授研究生：周敏摘要利用给水管网中为数不多的监测点实测压力和流量以及水厂总供水量来估计供水管网工作状态的全貌，对管网改扩建、日常管理乃至优化调度有着重要的意义。

本文利用模糊聚类方法，对影响系数加以分析将具有相Ｊ司水压变化规律的节点划归为一组，最后在每组中选择最具代表性的节点作为测压点，从而优化选择了西宁市给水管网测压点。

西宁市现状管网中布置了３２个测点（包括已有的１６个），占总节点数的１／４。

一般中小型管网的监测点数量为节点总数的１／５～１／６，考虑到西宁管网的实际情况，在测点位置和数量上为今后的发展留有余地。

利用筒约梯度优化法求解给水管网状态估计的最小二乘数学模型，实测某一工况下西宁市配水管网部分节点水压岛、各水源供水量（管段摩阻已知）．分别用优化选择的测压点水压和按经验选择的测压点水压估计所有节点的水压，对西宁市配水管网进行了状态估计。

计算表明，模糊聚类选择的测压点具有较好的代表性，估计的４０个节点水压值与实测值误差的方均根为２．０４ｍ，估计精度较高，能满足管网模拟的要求。

同时表明，用模糊聚类方法选择的测压点水压进行状态估计的精度明显高于按经验选点时的精度。

另外，还对估计的误差进行了分析，提出了合理的迭代终止准则。

关键词：给水管网测压点优化布置模糊聚类状态估计西安建筑科技大学Ｔ程硕士学位论文ＴｈｅＯｐｔｉｍａｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＭｅａｓｕｒｅＰｏｉｎｔｓａｎｄＳｔａｔｅＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒＳｕｐｐｌｙＮｅｔｗｏｒｋｉｎＸｉｎｉｎｇＳｐａｃｉａｌｔｙ：ＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｎｅｅｒｉｎｇＭ．Ｅ．Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＺｈｏｕＭｉｎＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＨｕａｎｇＴｉｎｇ—ｌｉｎ，ＰｒｏｆＡｂｓｔｒａｃｔＩｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｎｅｔｗｏｒｋｆｏｒｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｒｅｘｔｅｎｄｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｆｏｒｄａｉｌｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｅｖｅｎｆｏｒｏｐｔ：ｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｓＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｌｌｎｏｄｅｓｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｏｆｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｖａｒｙｉｎｇａｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｔｏｏｎｅｇｒｏｕｐｂｙｆｕｚｚｙｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｎｔｈｅｍｏｓｔｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｎｏｄｅｉｎｅａｃｈｇｒｏｕｐｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｌｏｃａｌｉｔｙｆｏｒｓｅｔｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅａｓｕｒｅａｐｐａｒａｔｕｓ．１１１ｅｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｓｉｎＸｉ’ｎｉｎｇａｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｓｅｌｅｃｔｅｄｂｙｔｈｉｓｗａｙ．Ｔｈｅｒｅａｒｅ３２ｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｓｗｈｉｃｈｗｉｌｌｂｅｓｅｔｔｅｄｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｒ１６ｓｅｔｔｅｄ）．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｓｉｎａｌｌｔｈｅｎｏｄｅｓｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｉｓ１／４．Ｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｐｅａｋｉｎｇ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅ１／５－１／６ｉｎｍｉｄｄｌｅａｎｄｓｍａｌｌｎｅｔｗｏｒｋ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ‘Ｓｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｌａｃｅａｎｄｎｕｍｂｅｒｏｆｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｓ’Ｓｓｅｔｔｉｎｇｉｓｍｏｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｎｆｕｔｕｒｅ．ＴｈｅｓｔｅｐｓｏｆＲｅｄｕｃｅｄＧｒａｄｉｅｎｔｏｐｔｉｍａｌｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｏｎｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓｔｈｅｏｒｙｍｏｄｅｌ．Ａｔｓｏｍｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｓｏｍｅｎｏｄｅｓｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｕｐｐｌｙｏｆａｌｌｗａｔｅｖｓｕｐｐｌｙｓｏｕｒｃｅｓａｌｅｍｅａｓｕｒｅｄｉｎＸｉ’ｎｉｎｇ（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆａｌｌｐｉｐｅｓａｒｅｋｎｏｗｎ）．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｏｐｔｉｍａｌｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｓ，ｔｈｅｓｔａｔｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｄｏｎｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｔｏｇｅｔａｌｌｎｏｄｅｓ’ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｅｘｐｒｅｓｓｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｓｉｓｍｏｒｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｔｈａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｅ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｓｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓｏｂｖｉｏｕｓｗｅｌｌｔｈａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｅ．ＳｑｕａｒｅｒｏｏｔｏｆｔｈｅａｖｅｒａｇｅｏｆｔｈｅｓｑｕａｒｅｓｕｍｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎａｌｌｅｓｔｉｍａｔｅｄｎｏｄｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅＨ＋ａｎｄａｌｌｒｅａｌｎｏｄｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ凰ｉｓ２．０４ｍｉｎＸｉ’ｎｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋ．ＭｅａｎｗｈｉｌｅｉｔａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｅｌＴＯｒｏｆｓｔａｔｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｎｄｒａｉｓｅｓｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉｏｎｆｏｒｉｔｅｒａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｎｅｔｗｏｒｋ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔ，ＯｐｔｉｍａｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＭｅａｓｕｒｅＰｏｉｎｔｓ，ｆｕｚｚｙｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ，ｓｔａｔｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｓｔａｔｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．ＩＩ声明本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。

与我一同工作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。

申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

论文作者签名：ｊ司放日期：加必占．／占关于论文使用授权的说明本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保鼠送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。

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导，一１概论１．１西宁市城市概况西宁市位于青海省东部，兰青、青藏、宁大铁路交汇点，是青藏高原与内地联系的主要门户。

通过兰青铁路与新的欧亚大陆桥一陇海、兰新铁路紧密相连，成为陇海、兰新经济带的重要城市之一。

西宁市是青海省省会，也是青海省政治、经济、文化、科技中心。

是黄河上游多民族经济区又是青海省经济开发的主要基地。

改革开放以来，工业迅速发展，使西宁己成为包括钢铁、祝械、化工、建材、造纸、皮革皮毛、水电等工业初具规模的工业城市。

青海省又有能源、矿产和畜牧三大优势，均需以西宁市为基地，它肩负着发展少数民族地区经济和文化科技事业的重任，这种重要的战略地位，使西宁具有广阔的发展前景。

西宁市现辖城东、城中、城西、城北四个行政区一县（大通），总面积３４５６平方公里，市区辖区面积３５０平方公里，分布在湟水河及其支流两岸狭长谷地中，呈十字状。

１－１．１自然条件西宁市位于青藏高原东部，北纬３６０４３’，东经１０１。

４９’，周围环山，市区地势起伏，西北高、东南低，地形东西狭长呈带形的丘陵弦地。

属高原丘陵城市，平均海拔标高２２７５米。

城市中心海拔２２６２．２米。

西宁市是西川河、北川河、南川河与湟水三川一水的交汇处。

１．１．２气象条件西宁市地处青海省东部，属大陆性高原半干旱气候。

其特点是：气压低、日照长、雨水少、蒸发量大、太阳辐射强、日夜温差大、无霜期短，冰冻期长，夏无酷暑，是天然的避暑胜地。

多年平均气温：２８℃，最高气温：３３．９℃（１９７２，８，１０），最低气温：・２６．６＂Ｃ（１９５４，１２，１１）多年平均降雨量：３４５ｍｍ年最大降雨量：５４１。

２ｍｍ年最小降雨量：１９６．４ｍｍ平均蒸发量：１３４５．５ｍｍ主导风向：东南风平均风速：１．９８ｍ／ｓ最大积雪厚度：Ｏ．１８米最大冻土结深度：１．３４米地震基本烈度：７度。

１．１３工程地质描述西宁盆地为祁连山构造带和青海南山构造控制的断坳盆地，下伏厚达千余米的第三系泥岩夹石膏岩构成盆地基底，属相对稳定地块。

西宁市位于“西宁盆地”的腹部，主要有高山基岩区、低山丘陵区、河谷冲击平原区和河漫滩区四个地貌单元。

１．２城市供水管网现状及存在问题１．２．１城市供水管网现状西宁市自来水公司成立于１９６３年，先后建成地下水厂六座，地表水厂一座，设计总供水能力４３万吨／日，实际供水能力３４．５万吨／日各厂供水能力见下表：表１．１西宁市自来水公司供水现状水厂名设计供水能实际供水能序号地址水源类别备注称力（万吨，日）力（万吨／曰）ｌ一厂南川新安庄地下水１．７１．０枯水期１．２万吨／日２二厂西川土巷道地表水５０已停产３三厂南川杜家庄地下水０．８０．６枯水期０．５万吨／Ｅｌ４四水厂北川塔尔乡地下水９．０８．０最大达ｌＯ万吨／Ｅｌ西纳川丹麻５五水厂地下水７．５７．０寺６哆吧西川哆吧地下水４２．９７六水厂＝｛ＬＪｌｌ石家庄地下水１５１５８合计４３３４．５现有城市输配水管道约６１０ｋｍ，供水普及率９０％左右。

生产运行的六个水厂全部取用地下水，２００１年平均日供水２５．５万立方米。

高位水池１３座，分设于五处。

加压站一处。

西宁市的地形为西高东低、南高北低，受地形限制城市供水一直采取分区供水的方式，现分为四个区：高区、低区、南川区和南山区。

管网现状分布图见附图１。

其中低区供水面积最大，主要包括城北区和部分城中区，供水水源是六、四水厂。

高区分布于城市西南部，由西至东呈长条形，供水水源是哆吧水厂和五水厂，同时这两个水厂供给南山加压区。

一、三水厂供给南川区。

二水厂由于水源水质问题，现已停产。

１．２．２存在问题谣宁城市管网始建于１９６９年，管网老化且不配套的问题日益严重，随着用水量的快速增长，急需改、扩建。

现有供水量基本满足用水量，但是供水管网不配套，已出现南部等地区水量、水压不足的现象。

如八一路、南川Ｉ东路的管道存在管径两头大中间小的“瓶颈”现象。