第五師灌區(qū)自壓輸水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、近年來，發(fā)展管道輸水灌溉是灌溉節(jié)水的趨勢，在管道灌溉系統(tǒng)中，管道與管網(wǎng)的布置要占總投資的70％左右，其直接影響管道系統(tǒng)的能耗和運(yùn)行費(fèi)用。因此，對管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋求能滿足整個(gè)用水系統(tǒng)最低造價(jià)的最可靠設(shè)計(jì)有著重要的意義。兵團(tuán)第五師經(jīng)過二十多年來的潛心研究與應(yīng)用實(shí)踐，對節(jié)水灌溉技術(shù)做了具體的分析與總結(jié)，并得到了很多實(shí)用性的經(jīng)驗(yàn)。本文以兵團(tuán)第五師九十一團(tuán)灌溉管網(wǎng)為研究對象，應(yīng)用遺傳算法理論與圖論法知識，以投資最小為目標(biāo)，對灌溉管網(wǎng)干管管

2、徑與管網(wǎng)布置同步優(yōu)化。研究基于Matlab2014a遺傳算法GATBX工具箱，分析對比，本文得出以下四點(diǎn)結(jié)論：
　　1、針對第五師九十一團(tuán)管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)節(jié)約了工程投入。利用Matlab遺傳算法工具箱對管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行管徑優(yōu)化。91團(tuán)一分干管減少投資40余萬；91團(tuán)三分干管減少投資62萬元，效果明顯。本文結(jié)合管網(wǎng)中求最小生成樹的特點(diǎn)，采用單親遺傳算法的策略，結(jié)合自適應(yīng)的交叉、變異概率求解圖的最小生成樹，采用遺傳算法求最小生成樹可以得到

3、滿足條件的解，綜合考慮管網(wǎng)長度和管網(wǎng)總造價(jià)，管網(wǎng)總投資較經(jīng)驗(yàn)方法和圖論法分別減少了2.8%和0.7%。
　　2、在編碼設(shè)計(jì)及管網(wǎng)布置中，融入設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)有可能的供水段，將設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)融入到優(yōu)化的初始計(jì)算中，有效地減少了優(yōu)化計(jì)算中的不可解數(shù)目，提高了優(yōu)化計(jì)算的效率。通過工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，利用人工設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和管網(wǎng)布置的地形特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)確定出更接近實(shí)際工程要求的最小投資樹狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，為組合優(yōu)化問題

4、的研究提供了新途徑和新經(jīng)驗(yàn)。
　　3、管徑與管網(wǎng)的同步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的全局最優(yōu)。本文利用整數(shù)編碼的遺傳算法，針對樹狀管網(wǎng)的布置進(jìn)行兩級優(yōu)化。第一級是利用樹狀管網(wǎng)的單點(diǎn)供水原則有向地將管網(wǎng)進(jìn)行初步連接，與此同時(shí)有效地將管徑的優(yōu)化融合進(jìn)來，并采用整數(shù)編碼遺傳算法對管網(wǎng)布置進(jìn)行優(yōu)化，第二級優(yōu)化在第一級優(yōu)化的基礎(chǔ)上采用二進(jìn)制編碼，可快速有效的確定最優(yōu)管徑組合。
　　4、遺傳算法的全局尋優(yōu)能力優(yōu)于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法。通過深入分析了遺傳算法

5、的發(fā)展?fàn)顩r、實(shí)際應(yīng)用以及算法的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，說明了該算法在解決非線性的復(fù)雜問題當(dāng)中更加適合。遺傳算法在各種優(yōu)化設(shè)計(jì)問題得以廣的泛應(yīng)用，都能夠獲取理想效果。在研究、分析現(xiàn)有管徑以模型的基礎(chǔ)之上，提出以自壓滴灌布置方式為依據(jù)的管徑布置方案，通過Matlab遺傳算法工具箱GATBX，分析遺傳算法中參數(shù)的選擇，選取最大迭代代數(shù)200、交叉率0.7、變異率0.1。經(jīng)過比較、分析可知，與傳統(tǒng)的方法相比，遺傳算法擁有明顯的優(yōu)勢，能夠彌補(bǔ)其他傳統(tǒng)方法的固有