第五師灌區(qū)自壓輸水管道優(yōu)化設計研究.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)的能耗和運行費用。因此，對管網系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，尋求能滿足整個用水系統(tǒng)最低造價的最可靠設計有著重要的意義。兵團第五師經過二十多年來的潛心研究與應用實踐，對節(jié)水灌溉技術做了具體的分析與總結，并得到了很多實用性的經驗。本文以兵團第五師九十一團灌溉管網為研究對象，應用遺傳算法理論與圖論法知識，以投資最小為目標，對灌溉管網干管管

2、徑與管網布置同步優(yōu)化。研究基于Matlab2014a遺傳算法GATBX工具箱，分析對比，本文得出以下四點結論：
　　1、針對第五師九十一團管網系統(tǒng)優(yōu)化設計節(jié)約了工程投入。利用Matlab遺傳算法工具箱對管網系統(tǒng)進行管徑優(yōu)化。91團一分干管減少投資40余萬；91團三分干管減少投資62萬元，效果明顯。本文結合管網中求最小生成樹的特點，采用單親遺傳算法的策略，結合自適應的交叉、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，綜合考慮管網長度和管網總造價，管網總投資較經驗方法和圖論法分別減少了2.8%和0.7%。
　　2、在編碼設計及管網布置中，融入設計人員經驗。根據設計人員的經驗確定每個節(jié)點有可能的供水段，將設計經驗融入到優(yōu)化的初始計算中，有效地減少了優(yōu)化計算中的不可解數目，提高了優(yōu)化計算的效率。通過工程實例進行了驗證，利用人工設計經驗和管網布置的地形特點，利用計算機技術確定出更接近實際工程要求的最小投資樹狀管網設計方案，為組合優(yōu)化問題

4、的研究提供了新途徑和新經驗。
　　3、管徑與管網的同步優(yōu)化，實現管網的全局最優(yōu)。本文利用整數編碼的遺傳算法，針對樹狀管網的布置進行兩級優(yōu)化。第一級是利用樹狀管網的單點供水原則有向地將管網進行初步連接，與此同時有效地將管徑的優(yōu)化融合進來，并采用整數編碼遺傳算法對管網布置進行優(yōu)化，第二級優(yōu)化在第一級優(yōu)化的基礎上采用二進制編碼，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)展狀況、實際應用以及算法的實現技術，說明了該算法在解決非線性的復雜問題當中更加適合。遺傳算法在各種優(yōu)化設計問題得以廣的泛應用，都能夠獲取理想效果。在研究、分析現有管徑以模型的基礎之上，提出以自壓滴灌布置方式為依據的管徑布置方案，通過Matlab遺傳算法工具箱GATBX，分析遺傳算法中參數的選擇，選取最大迭代代數200、交叉率0.7、變異率0.1。經過比較、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，能夠彌補其他傳統(tǒng)方法的固有