Optimal Design of Water Distribution Networks

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出版者:Alpha Science International
作者:P. R. Bhave
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2004-02
价格:USD 75.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9781842651322
丛书系列:
图书标签:
  • 水分配网络
  • 优化设计
  • 水利工程
  • 管道网络
  • 优化算法
  • 数学模型
  • 工程应用
  • 供水系统
  • 网络优化
  • 水资源管理
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具体描述

智能流体动力学与城市基础设施优化:现代水资源管理的新范式 图书简介 本书深入探讨了在日益复杂和资源受限的现代城市环境中,如何运用前沿的智能流体动力学(IFD)理论和先进的优化算法,对城市供水管网系统进行全方位、前瞻性的设计与规划。我们聚焦于超越传统静态模型的设计范式,转向一种能够实时响应、自我适应并具备高度韧性的动态系统构建方法。 第一部分:现代水网面临的挑战与理论基础 本部分首先对全球城市化进程中水资源分配系统所面临的关键挑战进行了详尽的梳理,包括水质衰减、管网老化导致的漏损增加、极端天气事件(如洪水和干旱)对系统稳定性的冲击,以及日益增长的能耗压力。 1.1 传统设计方法的局限性回顾: 我们对基于保守假设和历史平均流量的传统水力学设计方法进行了批判性分析,指出其在面对非线性需求波动和突发性破坏时的脆弱性。 1.2 智能流体动力学(IFD)的兴起: 引入IFD的核心概念,将其定义为结合了计算流体力学(CFD)、机器学习(ML)和实时传感数据融合的跨学科领域。重点阐述了拉格朗日-欧拉混合方法(L-E Hybrid Methods)在水质污染物迁移追踪中的应用,以及高精度压力波传播模型的建立,这对于快速定位管网破裂至关重要。 1.3 复杂网络理论在水网中的映射: 将供水网络视为一个复杂的适应性系统(CAS)。应用图论、网络熵和鲁棒性指标(如介数中心性、K-连接性)来量化现有基础设施的内在脆弱点,为后续的优化设计提供理论基石。 第二部分:数据驱动的系统状态评估与需求预测 精准的需求预测和实时的系统状态评估是实现“最优设计”的前提。本部分详述了如何利用大数据技术构建数字孪生模型。 2.1 异构数据采集与融合: 探讨了SCADA系统、智能水表(AMI)、卫星遥感数据(用于监测地下水位和土壤湿度)以及社交媒体信息(用于识别突发事件报告)的集成框架。特别关注了传感器网络部署的最优位置选择问题,以最小的成本覆盖最大的信息熵空间。 2.2 深度学习在需求模式识别中的应用: 详细介绍利用长短期记忆网络(LSTM)和Transformer模型,对具有季节性、周期性和随机性的用户需求进行高分辨率预测。讨论了如何将预测结果嵌入到设计目标函数中,以避免过度设计或设计不足。 2.3 漏损检测与健康监测: 基于声学特征和压力瞬变分析,构建基于卷积神经网络(CNN)的漏损早期预警系统。这不仅仅是事后修复,而是将其转化为对初始设计中管材选择和压力区划分的反馈机制。 第三部分:多目标、多约束的动态优化设计框架 本书的核心在于提出一个适应于现代计算能力的、多目标动态优化(MODO)设计框架。 3.1 目标函数的构建与权衡: 传统的“最小化初始投资”目标被扩展为包含以下关键元素的复合目标函数: 生命周期成本最小化(LCC): 包含建设成本、运营维护(O&M)成本以及能耗成本。 系统韧性最大化(Resilience): 衡量系统在遭受N-1或N-2重大故障后恢复到预定服务水平所需时间的负指标。 水质安全裕度最大化: 确保在最不利的水力学条件下,消毒副产物(DBPs)的浓度始终低于安全阈值。 3.2 优化算法的选择与集成: 针对水网设计中常见的非凸、高维度的拓扑优化和尺寸优化问题,我们重点研究了混合整数线性规划(MILP)与启发式算法的结合: 遗传算法(GA)与粒子群优化(PSO) 用于大规模拓扑结构搜索。 序列二次规划(SQP) 用于对确定拓扑下的管径和泵站选型的精细化连续变量优化。 韧性驱动的约束处理: 引入机会约束规划(COP)来处理不确定性,确保设计在95%的未来场景下仍满足服务标准。 3.3 压力分区与泵站选型的策略优化: 阐述了如何通过最优压力分区(PRV的精确布置)来有效抑制漏损,同时优化泵站的运行曲线,确保其始终运行在最高效率区,而非传统的简单满足峰值需求。 第四部分:面向韧性的网络重构与未来适应性 本部分将设计视角从新建扩展到现有管网的升级改造,特别是针对气候变化和安全威胁的适应性设计。 4.1 鲁棒性与冗余度的定量分析: 区分“鲁棒性”(抵抗外部冲击的能力)和“冗余度”(提供备用路径的能力)。提出了一种基于信息论的冗余度指标,指导设计者在成本允许范围内,策略性地增加环路连接,而非盲目地铺设管道。 4.2 模块化与可扩展性设计: 倡导模块化设计理念,即将城市水网划分为相互独立但可切换的压力区域。这种设计使得局部故障不会导致整个系统崩溃,并且为未来人口增长和需求变化提供了平滑的升级路径。 4.3 灾害恢复路径规划: 探讨了在设计阶段就集成灾后快速隔离和临时供水方案的能力。这涉及到识别关键节点(如医院、应急避难所)并为其设计独立的、冗余的供水回路,确保在主要管线失效时能快速切换。 结论:迈向自适应与可持续的水基础设施 本书总结了智能流体动力学设计范式如何将水网从一个被动的、反应性的基础设施转变为一个主动的、具备学习和适应能力的智能系统。最终目标是实现水资源分配的“零浪费、零停水、零污染风险”的未来愿景。本书是土木工程、环境工程、运筹学以及计算机科学领域研究人员、规划师和高级工程师的必备参考书。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我是一位在供水公司一线工作的工程师,每天的工作都离不开水网的运行和维护。虽然我们积累了不少实践经验,但常常感到在面对复杂的水网问题时,显得有些力不从心。尤其是当需要对现有管网进行扩建、改造或者优化时,总会遇到各种各样的数据分析和决策难题。因此,《Optimal Design of Water Distribution Networks》这个书名,对我而言,简直就像是一盏指路的明灯。我猜想,这本书会从工程实践的角度出发,深入浅出地讲解如何运用先进的优化技术来解决实际的水网设计问题。我特别希望能从中学习到如何更有效地进行水力模型建立和校准,如何准确预测水流量、水压等关键参数,以及如何利用这些数据来评估管网的性能。书中是否会提供一套标准化的设计流程,从需求分析、方案比选,到管材选择、节点布置,甚至是消防水的设计?我希望书中能够提供一些具体的算法和工具,能够帮助我们更快速、更准确地找到最佳设计方案,而不是仅仅依靠经验和直觉。此外,我也非常关注经济性方面。优化设计不仅仅是技术上的完美,更重要的是要在成本和效益之间找到平衡。书中是否会涉及到成本效益分析方法,如何将建设成本、运行维护成本、以及潜在的风险成本都纳入考量?这本书,对我来说,可能是一次对专业知识的系统性梳理和提升,一次对工程实践能力的深度挖掘和拓展。它或许能够帮助我掌握更强大的技术工具,解决工作中遇到的实际难题,并为公司节省宝贵的资源,提升供水服务的整体水平,最终为千家万户送去稳定可靠的生命之源。

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从《Optimal Design of Water Distribution Networks》这个书名来看,我隐约感觉到这本书会带我进入一个关于效率和精度的世界。我是一名城市规划部门的技术骨干,日常工作除了宏观规划,就是对各类基础设施的设计方案进行技术审查。我深知,一个小小的设计失误,可能就会在未来带来巨大的隐患和经济损失。因此,我对于“Optimal Design”这个概念非常看重。我希望这本书能够提供一套严谨、科学的评价标准和方法,用来评估各种水网设计方案的优劣。书中是否会详细讲解如何对水网的各项性能指标进行量化,例如供水能力、水压稳定性、管网漏损率、能源消耗等?是否会提供一套完整的技术审查流程,能够帮助我们快速识别设计方案中的潜在问题,并提出改进建议?我特别希望能看到书中能够结合实际案例,详细分析一些成功和失败的设计案例,从中吸取经验教训。我也希望书中能够探讨,在不同的城市发展阶段和经济条件下,水网设计的侧重点会有所不同,以及如何根据这些差异来制定合理的设计策略。这本书,对我来说,可能是一次关于技术审查的专业提升,一次关于如何保障城市基础设施质量的深度学习。它或许能够帮助我更精准、更有效地履行我的职责,确保城市供水系统的设计科学合理,为城市的持续发展提供坚实可靠的保障,让每一滴水都能精准地抵达需要它的地方。

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我是一名水务公司的项目经理,日常工作就是负责新项目的规划、设计、建设和运营。每天都要面对各种各样的数据、图纸和报告,还要协调各方关系。因此,我对于能提供清晰、实用、易于操作的设计方法的书籍,有着天然的亲近感。《Optimal Design of Water Distribution Networks》这个书名,恰好满足了我的需求。我迫切希望这本书能提供一套系统性的、可落地的设计流程。书中是否会从项目启动阶段开始,详细讲解如何进行需求分析、数据收集、以及初步方案的生成?是否会提供如何使用专业的软件工具来进行水力计算、管网模拟和方案优化?我特别关注的是,书中是否会包含一些标准化的设计模板和参数,能够帮助我们快速启动项目,减少不必要的摸索。同时,作为项目经理,我还需要对项目成本进行严格的控制。因此,我非常期待书中能提供一些关于成本估算、经济性分析和投资回报率计算的方法,帮助我们在保证设计质量的前提下,最大限度地降低项目成本。这本书,对我来说,可能是一次对项目管理能力的系统性提升,一次对工程设计流程的深度梳理和优化。它或许能够帮助我更高效、更有条理地推进各项水网建设工程,确保项目按时、按质、按预算完成,为城市输送稳定、可靠的生命之源,为公司的发展贡献坚实的力量。

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《Optimal Design of Water Distribution Networks》这个书名,让我想到了一系列关于流体力学、水文学和工程经济学的交叉学科知识,这正是我作为一名水工程领域的研究生所追求的。我一直认为,水网设计不仅仅是技术问题,更是一个复杂的系统工程,需要多方面的知识融会贯通。我期待书中能够从理论的高度,深入剖析影响水网性能的各种因素,并提出具有创新性的优化方法。书中是否会详细介绍最新的水力模型,例如考虑了非牛顿流体效应或多相流的复杂情况?是否会讨论如何利用现代计算流体动力学(CFD)技术来更精确地模拟水流在管网中的行为?我尤其好奇书中是否会提出一些全新的优化算法,能够更有效地解决大规模、多约束条件下的水网设计问题,例如如何平衡供水可靠性、水质保持和能源消耗等多个目标。我也希望能看到书中包含一些前沿的研究成果,例如关于智能化水网、自愈合管网或者基于大数据的水网运行优化等方面的探索。这本书,对我而言,可能是一次对学术前沿的深度探索,一次对专业知识体系的系统性构建。它或许能够为我提供丰富的研究素材和理论支持,帮助我更好地理解水网设计的复杂性,并在未来的研究中提出更具创新性和实用性的解决方案,为水工程领域的发展做出贡献,推动水网设计走向更智能、更高效的未来。

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这本书名《Optimal Design of Water Distribution Networks》着实吸引人,尤其是对于我这样一名正在攻读水利工程专业,并且对城市基础设施建设有着浓厚兴趣的学生来说。我一直觉得,一个城市的心脏——供水系统——其设计的科学性和经济性直接关系到居民的生活品质和城市的健康发展。因此,当我在书架上看到这本带有“Optimal Design”字样的书时,内心就涌起一股强烈的探索欲。这本书从书名上就承诺了一个核心价值:如何在众多可行的设计方案中,找到那个最优化、最经济、最可靠的解决方案。这不仅仅是关于画几根管子、设几个阀门那么简单,而是涉及到流体力学、优化算法、成本效益分析、可靠性评估等多方面的知识融合。我猜想,书中可能会详细阐述各种优化方法,比如线性规划、非线性规划,甚至可能涉及启发式算法,如遗传算法、模拟退火等,来解决复杂的水网模型。我尤其期待书中能够深入探讨如何将这些抽象的数学模型应用于实际的水网设计,给出具体的案例分析和操作指南。毕竟,理论再高深,也需要落地才能产生价值。我希望能从这本书中学习到如何系统性地分析现有水网的不足,识别潜在的设计瓶颈,并通过优化手段来提升供水效率、降低运行成本、减少水资源浪费,甚至提高系统的抗灾能力。这本书,对我而言,可能不仅仅是一本技术手册,更是一扇通往水网设计艺术的大门,让我得以窥见其中蕴含的精妙智慧和严谨逻辑。它可能是一份关于如何为数百万市民提供持续、清洁、安全饮用水的蓝图,一份关于如何在有限的资源下实现最大化效益的战略指南。我迫不及待地想翻开它,深入其中,与作者一同探索水网设计的奥秘,汲取宝贵的知识和经验。

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《Optimal Design of Water Distribution Networks》这个书名,让我立刻联想到了一些复杂的数据模型和算法,这正是吸引我这类计算机科学背景的研究者的地方。虽然我不是直接从事水利工程的,但我在优化算法、机器学习和大数据分析方面有着深入的研究。我深信,现代化的工程设计,尤其是像水网这样庞大而复杂的系统,离不开先进的计算科学的支持。我非常好奇书中会如何将这些数学模型和算法应用于实际的水网设计问题。例如,书中是否会介绍如何利用机器学习来预测水网的运行状态,从而实现预测性维护,减少突发故障?是否会讨论如何利用图论和网络分析技术来优化管网的拓扑结构,以最小化水头损失和提高供水效率?我尤其感兴趣的是书中如何处理“Optimal”这个概念。这是否涉及到多目标优化,比如在保证供水可靠性的前提下,如何最小化建设成本和运行能耗?是否会利用一些启发式算法,例如遗传算法、粒子群优化等,来搜索庞大的设计空间,找到近似最优解?我希望书中能够提供一些算法的具体实现细节,以及它们在实际项目中的应用案例。这本书,对我来说,可能是一次理论与实践的碰撞,一次将我的专业技能应用于解决实际工程挑战的绝佳机会。它或许能够帮助我看到我的研究领域在现实世界中的应用价值,并为我提供新的研究思路和方向,从而在水网优化设计领域做出更具创新性的贡献,将计算科学的力量注入到城市的基础设施建设中,使其更加智能、高效和可持续。

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作为一名对环境科学和可持续发展领域有着浓厚兴趣的学者,我对《Optimal Design of Water Distribution Networks》这本书名感到非常好奇。我一直认为,水资源的合理分配和高效利用是实现可持续发展的关键环节之一。在许多地区,供水管网的损耗、漏损以及不合理的能源消耗,都对水资源造成了巨大的浪费,并增加了碳排放。因此,这本书所倡导的“Optimal Design”,在我看来,绝不仅仅是技术层面的优化,更是对资源节约和环境保护的深刻诠释。我期待书中能够从宏观的生态视角出发,探讨如何设计出更具弹性和韧性的水网系统,使其能够更好地应对气候变化带来的挑战,比如极端天气事件导致的水源短缺或污染。书中是否会包含关于绿色水网设计的理念,例如如何利用可再生能源来驱动泵站,如何最大程度地减少管网漏损以节约宝贵的水资源,或者如何设计能够适应未来城市发展需求的智能化水网?我希望书中能够提供一些量化的指标,来评估不同水网设计方案的环境影响,并提出相应的优化策略。这本书,对我而言,可能是一次跨学科的探索,一次关于如何在工程设计中融入可持续发展理念的实践指导。它或许能够帮助我更深入地理解水网设计与环境保护之间的紧密联系,并为未来推动绿色供水基础设施的建设提供理论支持和技术启示,最终为构建一个更可持续、更具韧性的未来贡献力量。

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《Optimal Design of Water Distribution Networks》这个书名,一听就让人感受到一种严谨而又充满挑战的气息。我是一名资深的城市规划师,工作中经常需要与供水部门打交道,深知一个高效、可靠的水分配网络对于城市功能的正常运转至关重要。过去,我们在规划时更多地依赖于经验和一些较为基础的计算方法,这在很多时候是有效的,但随着城市规模的不断扩大和对供水质量要求的日益提高,我们越来越感到需要更科学、更系统化的设计手段。这本书的出现,仿佛为我们提供了一个解决之道。我非常好奇书中会如何定义“Optimal”,是通过最小化建设成本?还是最大化供水可靠性?抑或是兼顾多种因素的综合考量?我期待书中能提供一套成熟的评估体系和量化标准,让我们能够客观地评价不同设计方案的优劣。另外,作为一名规划师,我更关注宏观层面的决策。这本书是否会涉及到如何在新城区的规划中,提前介入水网的设计,使其能够更好地与城市整体格局相协调?它是否会讨论如何对现有老旧的水网进行改造升级,以适应新的发展需求?我希望能从书中找到一些关于不同城市规模、不同地形条件下的水网设计原则和策略。同时,我也希望能看到书中包含一些成功的实践案例,通过具体的项目,来展示如何将理论应用于实践,以及这些优化设计所带来的实际效益。这本书,对我来说,可能是一次理论与实践的深度对话,一次对城市生命线——供水系统——进行系统性优化和升级的探索之旅。它或许能够帮助我突破现有的思维模式,以更前瞻、更科学的视角来审视和规划城市的供水未来,为城市的持续发展注入更强大的动力。

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《Optimal Design of Water Distribution Networks》这个书名,一下子就抓住了我作为一名对城市基础设施韧性特别关注的风险管理顾问的眼球。在当今世界,自然灾害、气候变化和人为因素都可能对城市基础设施造成严重的威胁,而供水系统作为城市的生命线,其可靠性和恢复能力至关重要。因此,我非常期待这本书能够深入探讨如何通过优化设计来增强水网的韧性。书中是否会详细讲解如何评估水网在面对地震、洪水、停电等突发事件时的脆弱性?是否会介绍如何通过设计冗余管线、备用水源、智能控制系统等手段,来提高水网的抗灾能力和快速恢复能力?我尤其想知道,书中是否会包含一些关于风险评估和减缓策略的量化方法,例如如何量化不同设计方案的风险等级,以及如何通过优化设计来最小化潜在的风险成本?我也希望书中能够探讨,在极端气候条件下,如何设计能够适应水资源不确定性增加的水网,例如如何规划水库容量,如何优化水源调度等。这本书,对我而言,可能是一次关于城市安全与韧性建设的深度研讨,一次关于如何在工程设计中融入风险管理理念的实践指导。它或许能够帮助我为城市提供更科学、更有效的风险评估和应对方案,从而提升城市在面对各种危机时的生存和发展能力,为保障市民的生命财产安全贡献力量。

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作为一名对城市管理和公共服务有着长期关注的政策研究者,《Optimal Design of Water Distribution Networks》这个书名,对我而言,蕴含着深厚的社会和经济意义。一个高效、可靠的供水系统,不仅是城市正常运转的基础,更是提升居民生活质量、促进社会公平和经济发展的重要保障。我一直认为,水资源的公平分配和高效利用,是衡量一个城市治理水平的重要指标。因此,我非常期待这本书能从宏观的政策和管理角度,探讨优化水网设计如何能够更好地服务于社会。书中是否会涉及到不同收入群体对水质和水压的需求差异,以及如何通过优化设计来满足这些差异化的需求,从而促进社会公平?是否会讨论如何通过优化设计,降低供水成本,从而可能减轻居民的用水负担,提升城市的可负担性?我更关心的是,这本书是否会提供一些政策建议,例如如何通过合理的规划和投资,来引导水网设计的优化方向,如何建立有效的监管机制来确保水网设计的经济性和可靠性?我也希望书中能够探讨,在不同地区、不同经济发展水平下,水网设计的优先级和侧重点会有所不同,以及如何根据这些差异来制定相应的政策。这本书,对我来说,可能是一次关于城市治理与基础设施建设之间关系的深度思考,一次关于如何通过科学的设计来提升公共服务的质量和效率的探索。它或许能够为政府部门、城市规划者和相关利益方提供宝贵的政策参考和决策依据,从而推动城市供水系统的健康发展,为建设更美好、更宜居的城市贡献力量。

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