排水管道設(shè)計(jì)優(yōu)化的遺傳與模擬退火混合算法研究.pdf

1、排水管道是城市市政建設(shè)的重要組成部分，其投資比例占整個(gè)排水系統(tǒng)投資的70％左右，一個(gè)中等規(guī)模的城市的排水管道的投資費(fèi)用高達(dá)2億人民幣以上。因此，對排水管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低工程投資費(fèi)用，有非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。
　　 對一個(gè)城市而言，排水管道優(yōu)化一般包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一個(gè)是管道線路布置的優(yōu)化，另外一個(gè)就是管道設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化。根據(jù)排水管道水力計(jì)算公式，管道設(shè)計(jì)參數(shù)包括流量Q、管徑D、坡度I、流速V、充滿度h/D和埋深H。一旦選定了

2、管徑和坡度，其他的參數(shù)也能通過水力計(jì)算公式確定。對于某一設(shè)計(jì)管段，當(dāng)排水管道的流量確定之后，滿足水力計(jì)算公式的管徑和埋深存在多種組合，所以本文主要選取了對管徑和埋深兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行組合優(yōu)化。
　　 為了探求排水管道最優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的工作，并隨著系統(tǒng)分析方法、計(jì)算技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，遺傳算法作為一種新的全局優(yōu)化搜索算法，因簡單易用，對很多優(yōu)化問題能夠較容易給出令人滿意的解，適用于并行分析處理和對目標(biāo)函數(shù)與

3、約束條件沒有特殊要求等特點(diǎn)，在工程最優(yōu)化領(lǐng)域中展現(xiàn)出獨(dú)特魅力，但由于算法本身“易陷入局部極小”的缺陷，影響了優(yōu)化質(zhì)量。為了克服遺傳算法的弊病，提高優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，本文將具有更強(qiáng)魯棒性及對初值更低敏感度的模擬退火算法結(jié)合遺傳算法結(jié)合，使用遺傳與模擬退火混合算法對己定管線下的排水管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 本論文基于遺傳與模擬退火混合算法和排水管道計(jì)算方法，針對管線布置已定情況下的排水管道優(yōu)化問題做了如下的工作：
　　

4、①通過分析遺傳算法與模擬退火算法理論，探討了遺傳算法與模擬退火算法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了將他們相結(jié)合的新算法——遺傳與模擬退火混合算法。
　　 ②通過排水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容的研究，提出了將遺傳與模擬退火混合算法用于對排水管道系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，即選擇對管徑和埋深進(jìn)行組合優(yōu)化實(shí)現(xiàn)排水管道相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化。
　　 ③使用遺傳與模擬退火混合算法對重慶某小區(qū)的排水管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以管道造價(jià)為目標(biāo)函數(shù)，建立了排水管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，并

5、結(jié)合遺傳與模擬退火混合算法對排水管道管徑與埋深進(jìn)行組合優(yōu)化。通過與傳統(tǒng)算法所得出的管道參數(shù)組合進(jìn)行比較，得出以下結(jié)論：滿足排水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般約束條件，并利用新算法得到的管徑與埋深最優(yōu)組合下，整個(gè)排水管道系統(tǒng)工程的投資節(jié)省了約百分之十。
　　 通過選擇較小的設(shè)計(jì)流速和較大的設(shè)計(jì)充滿度，以及用不同的最大流速對不同的排水管徑進(jìn)行設(shè)計(jì)可以得到更加合理的可行管徑集合，利用自然數(shù)編碼的遺傳與模擬退火混合算法的可行性較好，也為遺傳與模擬退