齊成新

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心牟平管理站）

0 引言

星石泊泵站位于煙臺(tái)市牟平區(qū)龍泉鎮(zhèn)星石泊村東南約200 m 處，泵站機(jī)組中心線設(shè)計(jì)樁號(hào)為219+190.02，960.76，上下均接壓力鋼管，泵站設(shè)計(jì)流量為4.80 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程73 m，總裝機(jī)容量6 800 kW。膠東調(diào)水工程星石泊泵站作為中國大規(guī)模的泵站，其運(yùn)行特性指標(biāo)是跨流域調(diào)水工程運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，是確保膠東調(diào)水工程星石泊泵站能夠處于最佳運(yùn)行狀態(tài)的有效手段。目前，已有學(xué)者提出膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，通過遺傳投影尋蹤模型，進(jìn)行泵站運(yùn)行綜合評(píng)價(jià)。文章在此基礎(chǔ)上，提出一種新型膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，致力于通過精準(zhǔn)分析，得到更加客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法

1.1 確定泵站最佳運(yùn)行特性評(píng)價(jià)指標(biāo)

結(jié)合膠東調(diào)水工程星石泊泵站實(shí)際運(yùn)行情況，下述將開展膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法的設(shè)計(jì)。泵站最佳運(yùn)行特性評(píng)價(jià)指標(biāo)可宏觀表示泵站最佳運(yùn)行特性，根據(jù)泵站最佳運(yùn)行特性的各評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析泵站最佳運(yùn)行特性，基礎(chǔ)的泵站最佳運(yùn)行特性評(píng)價(jià)指標(biāo)由：運(yùn)行電費(fèi)、開停機(jī)次數(shù)、葉片調(diào)節(jié)次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、平均效率、消耗功率以及總抽水量構(gòu)成。由于泵站最佳運(yùn)行特性評(píng)價(jià)指標(biāo)會(huì)受到的外界影響因素較多，因此在評(píng)價(jià)過程中應(yīng)在經(jīng)濟(jì)許可的條件下，合理地以少數(shù)的綜合變量取代原有的多維變量，用來解決泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)參數(shù)多解性存在的問題。利用最小二乘法求得膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，擬合最終獲得的結(jié)果。

1.2 計(jì)算泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)值

將膠東調(diào)水工程星石泊泵站的最佳運(yùn)行特性聯(lián)系起來，作為直接影響其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵因素，在評(píng)價(jià)過程中發(fā)揮著重要作用，從而綜合考慮其特殊地質(zhì)條件，計(jì)算出泵站的最佳運(yùn)行特性評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)的評(píng)價(jià)。本文采用早期瑞典科學(xué)家Hakanson提出的生態(tài)指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，根據(jù)膠東調(diào)水工程星石泊泵站實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，結(jié)合多方面風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)值。具體計(jì)算，如公式（1）所示。

式（1）中：β 指的是多種外界影響泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)的因素；T指的是評(píng)價(jià)隱患；m指的是泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)；f指的是泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)的主控因素。根據(jù)上述計(jì)算公式，判定泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中潛在的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)計(jì)算結(jié)果能夠達(dá)到膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性時(shí)，證明評(píng)價(jià)結(jié)果具有可實(shí)施性，當(dāng)超出或低于該范圍時(shí)，需修正泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)后重新計(jì)算，直至滿足泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)要求。

1.3 構(gòu)建評(píng)價(jià)因子荷載矩陣

通過明確泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)值，提取最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵評(píng)價(jià)因子，下述將采用構(gòu)建評(píng)價(jià)因子荷載矩陣的方式，進(jìn)行評(píng)價(jià)方法的下一步設(shè)計(jì)。首先，建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本矩陣，自定義該組矩陣的表示方法為Z，則Z 對(duì)應(yīng)的樣本組合表示為Zi=｛Zi1，Zi2，……Zij｝，其中，j 指的是泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)主成分的數(shù)量。首先，采用云端數(shù)據(jù)處理方式對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行前期數(shù)據(jù)預(yù)處理，統(tǒng)一存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)的有效分析。而后，選擇可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)化分析的線性函數(shù)，定義函數(shù)的TEC 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保留傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)，將特征空間中的數(shù)據(jù)進(jìn)行正交方向的轉(zhuǎn)換，按照數(shù)據(jù)的特征值大小，將最佳運(yùn)行特性指標(biāo)重要程度從高到低依次進(jìn)行排列，前m組數(shù)據(jù)集合是保留數(shù)據(jù)變異結(jié)構(gòu)最多的數(shù)據(jù)組。最后，進(jìn)行特性指標(biāo)數(shù)據(jù)代表成分的方差數(shù)值計(jì)算。計(jì)算公式如公式（2）所示。

式（2）中，λ指的是泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù)；I指的是多種特征元素的單向矩陣。根據(jù)上述公式可進(jìn)行泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)的投影評(píng)價(jià)，結(jié)合投影的單位及覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)因子荷載矩陣建立，滿足數(shù)據(jù)的綜合性評(píng)價(jià)。

1.4 泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)賦值

根據(jù)上述建立的評(píng)價(jià)因子荷載矩陣，下述將進(jìn)行評(píng)價(jià)方法中的最后一步，泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)賦值。首先，根據(jù)德爾菲數(shù)據(jù)處理方法，進(jìn)行多組數(shù)值的權(quán)重程度對(duì)比，采用專家評(píng)分的方式，從技術(shù)投入及凈化效果兩個(gè)方面，進(jìn)行泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)的模擬化檢測(cè)。結(jié)合基礎(chǔ)對(duì)比指標(biāo)，將區(qū)間賦值數(shù)據(jù)分為0～60 分、60～75 分、75～85 分以及＞85分，整合泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)賦值的數(shù)值，采用動(dòng)態(tài)化評(píng)價(jià)方式，對(duì)多種泵站最佳運(yùn)行特性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合性賦值。除此之外，可采用建立核函數(shù)的方式進(jìn)行多級(jí)指標(biāo)變量的統(tǒng)計(jì)，對(duì)權(quán)重值較大的泵站最佳運(yùn)行特性評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予較高的權(quán)值，分析數(shù)據(jù)間的權(quán)值占比，及權(quán)值之間的動(dòng)態(tài)化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)。還可以通過對(duì)權(quán)值數(shù)據(jù)進(jìn)行從大到小的排序，數(shù)值越大表示泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)越重要。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，便于對(duì)比設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的適用性，通過在膠東調(diào)水工程星石泊泵站均勻布設(shè)8 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間間距約為300 m左右，依次編號(hào)為1～8號(hào)測(cè)試點(diǎn)。將采集到的數(shù)據(jù)利用仿真實(shí)驗(yàn)軟件，進(jìn)行歸一化處理。

表1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置要素具體參數(shù)表

結(jié)合表1 所示，根據(jù)泵站最佳運(yùn)行特性作為測(cè)試依據(jù)，分別使用傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法以及本文設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)置傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測(cè)試兩種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)矢量，從而評(píng)定評(píng)價(jià)精準(zhǔn)度更高的評(píng)價(jià)方法。在此次的仿真實(shí)驗(yàn)中，共針對(duì)1～8號(hào)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行8組實(shí)驗(yàn)。針對(duì)MyCloud 仿真實(shí)驗(yàn)軟件測(cè)得的評(píng)價(jià)矢量，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而判斷兩種評(píng)價(jià)方法對(duì)于膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)的評(píng)價(jià)能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，采集1～8 號(hào)測(cè)試點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種評(píng)價(jià)方法下的評(píng)價(jià)矢量進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)矢量對(duì)比結(jié)果，如下表2所示。

表2 評(píng)價(jià)矢量對(duì)比表

通過表2可得出如下的結(jié)論：文章設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法凈化效果評(píng)價(jià)矢量最高為0.96，實(shí)驗(yàn)對(duì)照組為0.55，設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)能力更強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。

3 結(jié) 語

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明所設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法其各項(xiàng)功能均可以滿足設(shè)計(jì)總體要求，可以廣泛應(yīng)用于膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)方面。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法不但能夠完成傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法所不能完成的任務(wù)，還能夠以評(píng)價(jià)因子荷載矩陣為導(dǎo)向，為膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法的設(shè)計(jì)提供學(xué)術(shù)意義。本文唯一不足之處在于沒有對(duì)膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性體系進(jìn)行深入分析，相信這一點(diǎn)，也可以作為膠東調(diào)水工程星石泊泵站最佳運(yùn)行特性方面日后的研究方向之一。