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供水管网是城市重要基础设施,关系国计民生,与居民健康密切相关。由于其结构复杂、分布广泛,无法实现对城市供水管网全天候全区域的监控,给突发外源污染(如蓄意投毒等)以可乘之机。当供水管网突发外源污染时,将给居民的生产生活带来不利影响。如何建立有效的快速响应机制,降低突发污染带来的危害,首先需要快速地监测到突发污染事件,给供水企业决策者争取有利时间,及时采取有效措施将污染危害降到最低。本研究受国家重点研发计划项目(2017YFC0404706)的资助,结合山地城市供水管网特点,基于准动态水力模型,构建了以“平均监测时间最短、监测覆盖率最大及监测时间之间方差最小”为目标的优化模型,并利用NSGA-Ⅱ算法进行求解,旨在为山地城市供水管网应对突发外源污染提供水质监测点优化布置技术。(1)首先,基于Epanet 2.0软件构建管网准动态水力模型,能真实反映供水管网的运行工况,得到不同时刻对应的水力工况,求得对应工况下的管网邻接节点传输时间矩阵,并利用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法得到任意节点之间最短传输时间矩阵,进而存储为基本数据库,为求解优化模型提供基础数据。(2)其次,构建以“平均监测时间最短、监测覆盖率最大及监测时间之间方差最小”为目标的优化模型。结合准动态水力模型和突发外源污染的特点,在传统的两目标“平均监测时间最短、监测覆盖率最大”优化模型的基础上进行改进,创新地引入了第三个目标“监测时间之间方差最小”;另外,根据管网节点用户性质以及用水量大小,对节点发生突发污染的概率进行了差异化研究,并将其反映在优化模型中,有效地提高了水质监测系统应对突发外源污染的可靠性。(3)随后,提出了基于NSGA-Ⅱ算法对多目标优化模型的求解模式。针对改进的三目标优化模型,在MATLAB平台上改写NSGA-Ⅱ源代码,通过调用基本数据库(任意节点最短传输时间矩阵)对优化模型进行优化求解,并通过管网实例进行验证,结果表明“监测时间之间方差”可以为供水决策者提供第三维度的决策依据,可有效提高水质监测系统的可靠性。(4)最后,本文针对山地城市供水管网应对突发污染的水质监测点优化布置进行了研究。结合山地城市供水管网“多水源+混合分区”的典型特点,根据管网分区对其进行有效拆分,并借助改进的三目标优化模型,基于MATLAB平台运用NSGA-Ⅱ算法对优化模型进行求解,确定最终的水质监测点布置方案。