关于供水能量变化系数与给水管网优化方法的探讨

给水排水工程器WaterSupply&DrainageEngineering关于供水能量变化系数与给水管网优化方法的探讨韩胜。徐得潜(合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009)摘要：供水能量变化系数取值合理与否对给水管网优化设计很关键。针对现如今峰谷分时电价的实施，分析了如何根据用水量变化曲线确定合理的供水能量变化系数，并以多次增量优化法为基础，对该方法提出改进得到多次跳跃优化法。通过实例计算，证明多次跳跃优化法设计结果更为合理。关键词：给水管网；供水能量变化系数；用水量变化曲线；多次增量优化法中图分类号：’rU991．33文献标志码：B文章编号：1009—7767(2015)04—0087—05EnergyVariationCoeficientandtheOptimizationMethodofWaterSupplyNetworkHanSheng．XuDeqian给水管网优化设计。是在满足用户所需水量和水压的前提下．找出管网年费用折算值为最小的管径。管网年费用折算值是指在一定使用年限内，管网建设投资费用年折算值与管网年运行管理费用之和[1]。其中管网年运行管理费用主要考虑输水动力费用，所以必然涉及供水能量的计算。为了满足用户所需的水量和水压，管网必须以设计年限内最高时用水量为计算依据[21。由于管网并不是时时通过最高时用水量所形成的管段流量。所以在计算输水动力费用时需引入供水能量变化系数，取值的合理与否对给水管网优化设计很关键。峰谷分时电价是根据电网负荷变化情况，将每天的时间划分为高峰、平段、低谷3个时段或高峰、低谷2个时段，按边际成本原理，对各时段分别制定不同的电价。以刺激和鼓励用户主动改变消费行为和用电方式达到削峰填谷的目的，从而提高电力系统的运行效率和稳定性【。笔者在考虑峰谷分时电价的基础上．研究如何根据用水量变化曲线来对供水能量变化系数进行合理取值，并基于多次增量优化法对管网优化设计方法进行了改进。1供水能量变化系数的计算根据用水量变化曲线的具体情况．将1天24h分成Ⅳ个时段，各时段长度为(n=1，2，⋯，Ⅳ)，用阶梯形曲线近似表示用水量变化过程，则供水能量变化系数的计算公式如下[41：=()／24；(1)=砉=·()o式中：yn为设计年限内最高日第n时段单位小时所耗电费与最高小时所耗电费的比值；E，为第rt时段和最高时的电价，元／(kW·h)；为最高时流量与第时段流量的比值，即Olen=Q／Q；为静扬程与最高用水时水头损失之比K=Q；S为管网总摩阻。根据上述公式计算供水能量变化系数时，必须事先知道参数K的取值，但是的计算式中管网总摩阻S的值与管径有关，如果不忽略日耵，将含有未知参数K的值代人年费用折算值表达式中对管径D求偏导是难以计算的，但忽略明显是不合理的，=0是一个特定情况，只有当管网所在地区地势平坦，泵站扬水较远，且管线终端接人蓄水池时O，实际工程中极为少见，所以在优化计算中确定值时，日sr是不能忽略的。为此，应考虑采用简化的计算方法，使值比较接近于实际。基于上述情况，引入经济水力坡度的概念。根据当地给水管网的规模、用水量大小、供水范围(主要是泵站到控制点的距离)等条件，凭经验并参考相近并且已经建好管网的城市选取水力坡度i。一般约为5％。【．此时水力坡度i乘以泵站到控制点的距离2015~4期(7一)第33卷瘩荭救)l：87器给水排水工程WaterSupply&DrainageEngineering，即得到值。再根据泵站与控制点地势高差和控制点自由水压得到静扬程，从而得到系数K值。2用水量变化曲线中的时段划分在考虑峰谷电价的情况下，不能用设计年限内平均时流量计算，必须考虑用水量变化曲线。此时，应兼顾峰谷电价实行时段和用水量变化曲线本身情况两个方面来确定用水量变化曲线的时段划分。一般情况下，日用水量变化曲线与电力负荷曲线基本呈同一趋势变化，可以参照电力负荷曲线．将1天24h的生活用水量变化曲线分成高峰、平段和低谷3个时段[6]。设各时段长度为(n=1，2，3)，各时段用水量与最高日用水量之比为G，最高时用水量与最高日用水量之比为c眦，最高日用水量为Qd，则有【1：1)高峰时段：1=(∑)／(c眦)(其中：∑：)。(3)2)平段时段：1／叱=(∑ZC)，(c一)(其中：∑=)。(4)3)低谷时段：l，=(∑TiCi)／(T3C一)(其中：∑：)。(5)将式(3)～(5)代入式(2)，可分别计算出y。、、7，，然后将、T2、代人式(1)即可得到供水能量变化系数y，将y代入式(6)进行求解。．】If耐=[p+(A，尸，i，)】2l—Cil+86yEQ月-p。(6)i=l式中：p为管网年折旧和大修费率，％；(A，P，i，T)为资金回收系数；Ci，为第i种管径的管段单位长度造价及长度；为供水能量变化系数；E为电