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摘 要

本文运用最短路径法和遗传算法解决了城市供水输水管定线优化问题；运用表上作业法解决了地区水量分配优化问题；运用线性规划求最优值法解决了各时段水压调节优化问题.最后对各过程中使用的优化方法进行了归纳和总结.

关 键 词: 城市供水，最短路径，线性规划

Abstract: In this paper, we used the shortest path method and the genetic algorithms to solve pipes-planting optimization problems of urban water supply; and we used the table dispatching method to solve optimization problems of regional water allocation; then we used the linear programming method to solve water-supplying problems of adjusting the water pressure at different times. Lastly, we explored and summarized the differences between various optimization methods.

Keywords: urban water supply, shortest path algorithm, linear programming

目 录

1引言……………………………………………………………………………4

2预备知识………………………………………………………………………4

2.1城市供水现状以及主要矛盾…………………………………………………4

2.2城市水量介绍…………………………………………………………………4

3供水系统优化……………………………………………………………………6

3.1单水源输水管定线优化 ……………………………………………………7

3.2多水源地区水量分配优化…………………………………………………11

3.3各时段水压优化……………………………………………………………14

结 论……………………………………………………………………………19

参考文献…………………………………………………………………………20

致 谢……………………………………………………………………………21

1 引言

城市供水系统优化研究是指在能满足所有用户用水需求的大前提下，以整个供水系统运作能达到实际收益最佳为目的，通过对系统运行过程中各个环节的收益费用进行分析，寻找一定约束条件下数学优化算法的过程.优化算法可在现有生产资料和生产模式前提下，从一定程度上节约供水行业的生产费用，为社会财富的高效利用添砖加瓦.

2 预备知识

2.1 城市供水现状以及主要矛盾

水资源空间分配不均衡（例如我国南方滋润多水北方干燥缺水）、污水无节制排放（例如工业污水和生活污水未经处理直接排放流入江河）、生活中多种不节约用水现象（例如刷牙不关水龙头）、城市化和社会经济快速发展等多种消极因素导致了城市用水供需矛盾日益突出.城市供水不仅要保证每个城市居民都能用上水，更重要的是要保证水的质量符合国家规定标准，让城市居民都能用上洁净、安全、健康的自来水.处理好城市供水问题可加快社会发展的步伐，反之则会大大降低城市居民的生活质量，阻碍城市发展.若不妥善处理地区缺水问题，缺水地区的发展将会受到严重的束缚^[1].

据中国之声《央广新闻》报道，近期，北京市就阶梯水价调整方案召开了听证会，听证会主要讨论了北京居民水价上调的问题.

从北京缺水这一现实我们可以归纳并思考，如今城市人口日益集中、资源消耗量剧增、环境污染越发严重.城市可持续发展如何与城市资源环境承载力相协调，不仅关系到城市自身未来的命运，也关系到其周边地区能否顺利实现可持续发展目标.虽说我们生活在江浙沪这片水源丰富的地区，但如果我们不重视水资源的合理利用，终究会和北方一样频频出现用水难用水慌的尴尬局面.

2.2 城市水量介绍

2.2.1 需水量介绍

城市用水可分为工业用水、农业用水、生活用水以及城市绿化、环卫用水四大的板块，各种用水方式对水的要求亦不相同，具体的联系可归纳为图1所示.

城市需水量预测关系到城市供水工程建设的整体规划，是自来水厂制定供水计划的重要参考依据，通过城市供水量的合理预测我们可以确定城市供水资金的投入量.

目前，水量预测的方法有很多种，按照不同的预测模型，得到的预测结果存在一定的偏差.预测精度与选用的模型以及原始序列的变化规律均有关联，想要提高水量预测的精确度，就必须结合原始数据的特点具体问题具体分析，选择正确预测模型，以此提高预测精确度.

杨志高，张宝军使用时间序列法建立供水量预测模型^[2]，给出了三种时间序列供水量预测模型，即直线趋势模型、二次曲线模型和指数平滑模型，而后通过预测精度分析选择出拟合性较好的模型.

城市供水量预测是城市供水优化工作的前提，但不是主要部分，所以我们这里只做了解.

2.2.2 可供水量介绍

按水源类型，我们日常生活中使用的自来水基本上来自以下三种水源，第一，江河、淡水湖的地表水；第二，挖井取得的地下水；第三，沿海城市对海水进行合理开发利用的海洋水资源.

按水源的地域，我们可以将城市水资源分为当地水和外来引水两大种类.

下面我们以浙江省舟山市为例，探讨城市供水系统优化的方法.

舟山是个拥有众多岛屿的沿海城市，岛屿分散，径流短促，水资源时空地域分布不均.地处海岛的舟山，是淡水资源极其缺乏的城市.

据2013年12月舟山日报数据，舟山的水资源总量为5.67亿立方米，人均水资源578立方米，仅为全省平均的27.5%、全国平均的24%，以下为舟山市四种淡水来源

1. 地表水

2011年全市年降水量为1096.4毫米(折合水量为13.8亿立方米)，较多年平均降水量偏少14%，属于偏枯年份.

1. 地下水

舟山地下水资源量为1.3亿立方米，占到了水资源总量的三分之一.

1. 大陆引水

舟山大陆引水三期工程估算总投资为27.7316亿元，建成后多年平均引水量可增加3214万立方米.

1. 淡化海水

1997年10月，舟山嵊泗县嵊山镇日产500吨反渗透海水单货工厂建成投产.2009年该市已逐步采用以海水淡化为主，浓缩海水利用、海水直接利用为辅的综合海水利用策略^[3].截止2013年9月，该市海水淡化生产能力已经达到了5.35万吨/日.

3 供水系统优化

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