加压泵站的污水管网系统的优化计算.pdf

运筹与管理
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带有加压泵站的污水管网系统的优化计算

黄怀友!，陈森发!，陶明(，骆颖(

（!@东南大学经济学院系统工程所，南京(!))<*；(@南京市排水处，南京(!)))<）

摘要：本文对带有加压泵站污水管网系统的优化问题进行了研究，建立了优化计算的数学模型，
根据模型提出了有效的优化方法编制了相应程序，最后通过实际案例计算、比较表明，效果令人满
意。
关键词：最优化；平均坡度；链表；遍历；面向对象

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)引言

随着城市污水管网的更新、改造和扩建，城市的污水管段配合问题及如何科学合理的添加
泵站问题日益突出，即当输送污水管道较长时，在管网中产生较大的埋深，为了维持管网的压
力即保持输水费用的平衡，一定要加一加压泵站提升。而按常规做法，往往凭经验设计管径及

收稿日期：())(;)";!)
作者简介：黄怀友（!<=<;），男，安徽太和人，东南大学系统工程所研究生，硕士，主要从事系统优化与分析；陈森发
（!<>?;），男，广东潮安人，东南大学系统工程所教授，博导，主要从事大系统优化；陶明（!<*";），男，江苏南京人，南京污水排
水处工程师，主要从事排水工作；骆颖（!<*";），女，江苏南京人，南京污水排水处高工，主要从事给排水工作。
第&期黄怀友，等：带有加压泵站的污水管网系统的优化计算!!&

选择泵站位置，造成配置的非最优化及资源的浪费，以至满足不了系统节省资源及灵活的进行
管网改造的要求。鉴于这种情况，本文通过一定的数学模型进行管段优化，在各个输水干管上
进行管径的优化组合及在合适的位置增建加压泵站。对管网水压进行局部提升，在满足埋深
及流速、充满度、最小坡度约束的前提下，尽可能选择加压泵站的合理位置，从而降低运行电耗
总的费用，特别是在前段管段终点埋深不大情况下，可以通过选择不同的坡度控制系数，减小
管径及增大前段管段的最终埋深，节约潜力更大。

!优化的数学模型

!"!假设
（!）污水流满足稳定和均匀的条件。
（"）污水厂位置和污水源地面高程已知；各污水源的排放量也已知。
!"#模型
污水管网中管道的投资费用（包括材料费和埋设费）可表达为：

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式中，是管道投资费用；，，分别是管道管径、平均埋深和管长；、、为常
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数，其值由最小二乘法确定。
泵站的投资费用由下式估算：

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!)#$%!*)"
式中，为泵站的投资费用；、为常数，也由最小二乘法确定。
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流量公式*#,!-（&）
／
流速公式-#!!（.!/）!"（’）
其中：*为流量，,为过水断面面积，-为流速，.为水力半径，/为水力坡度，!为流速
系数或谢才系数。
!一般按曼宁公式计算，即：
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将公式（$）代入公式（&）和（’），得
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0为管壁粗糙系数。该值根据管渠材料而定。混凝土和钢筋混凝土污水管道