随着我国城镇化进度的加快和国民经济快速发展,我国的城镇供水进入快速发展期,而城镇供水管网系统是重要的基础设施,供水问题是关系到我国可持续发展的关键问题之一。为了满足工业生产和居民生活的基本需求,供水行业由原来的保证足量供水向着提高供水安全性、提升水质、现代化管理的方向发展。城镇供水系统优化调控是实现供水安全性、提升水质、现代化管理的重要手段之一,而提高优化调控精度的前提是对管道中水流流态的准确判断。安装阀门的管网中,阀门的开启度变化会引起水流流态的改变。在一定工况下,管网中水流流态直接影响水的浊度。因此分析研究阀门调控状态下环状管网中的水流流态对于供水系统优化调度、降低水的浊度值、优化水质,具有重要的理论意义和应用价值。本文在前人研究的基础上,结合管段中的水力条件和阀门在管道中的作用模式,探讨不同的阀门调控组合及阀门开启度的变化对管网水质的影响。主要研究成果如下:(1)结合经典水力学的基础理论分析阀门对流量调节作用的影响因素,得出结论:阀门所在的管段越短,阀门的流量调控能力越强。当供水管网中阀门安装于管道始末端的时候,阀门调控对水流流态的影响是:管道中阀门前和阀门后的水头损失是不相等的,在发生波动以后又恢复稳态。由水力挠动长度公式可知:水力挠动长度与阀门开启度密切相关;(2)在环状管网中调控阀门的时候,如果安装阀门管段的摩阻在环中所占比值变大,周围管段的摩阻有变小倾向。当安装阀门的管段中流量变小时,和其流向一致的周围管段中流量也变小;(3)利用阀门调控与水流流速、水流流速与水龄、水龄与水质之间的关系,建立起管段中和环状管网系统中阀门开启度的调控与水质的关联。最终得出结论:调控阀门开启度可以控制管网水质;(4)提出了改进的水质控制策略:通过调控阀门开启度控制管网水质。该方法首次将非线性映射理论应用到阀门的优化筛选中,充分利用了该方法只考虑数据本身,并不特殊针对数据种类的特性,从而避免了其它算法的虚假归类,提高了筛选优化阀门组合的可靠性。在确定阀门开启度过程中,利用matlab编程,达到综合考虑水流流速、水龄、阀门开启度的水质指标;(5)确定了基于阀门调控的城市供水管网水质控制策略的执行步骤。首先,了解供水管网的水质现状并收集管网的基础资料;其次,建立供水管网水力水质模型,在模型的水力计算中要考虑阀门前和阀门后水力挠动长度的影响,并校准模型;再次,运用控制变量的方法依次改变管网中阀门的开启度值,得到一系列水质浊度值数据,运用非线性映射分析理论在matlab中编程实现对模拟数据的聚类,得到最具代表性的阀门调控组合;最后,水质指标综合考虑水流流速、水龄与阀门的开启度,通过联立公式在matlab中实现阀门开启度的确定;(6)将改进的水质控制策略应用到工程实例中。以华北某城市供水管网为例,建立供水管网水力水质模型并校准,运用非线性映射分析理论对阀门进行聚类寻优,最终选出调控该城市供水管网水质的阀门组合编号是:5,13,60,36,65,41;然后依据确定阀门开启度的方法得出优化调控阀门组合对应的开启度分别是:60%,50%,70%,50%,80%,40%。分析水质控制策略的效果可知,通过调控阀门组合及对应阀门开启度可以实现降低管网水质浊度值的目标。