第五师灌区自压输水管道优化设计研究

发布时间：2020-03-31 04:19

【摘要】：近年来,发展管道输水灌溉是灌溉节水的趋势,在管道灌溉系统中,管道与管网的布置要占总投资的70%左右,其直接影响管道系统的能耗和运行费用。因此,对管网系统进行优化设计,寻求能满足整个用水系统最低造价的最可靠设计有着重要的意义。兵团第五师经过二十多年来的潜心研究与应用实践,对节水灌溉技术做了具体的分析与总结,并得到了很多实用性的经验。本文以兵团第五师九十一团灌溉管网为研究对象,应用遗传算法理论与图论法知识,以投资最小为目标,对灌溉管网干管管径与管网布置同步优化。研究基于Matlab 2014a遗传算法GATBX工具箱,分析对比,本文得出以下四点结论:1、针对第五师九十一团管网系统优化设计节约了工程投入。利用Matlab遗传算法工具箱对管网系统进行管径优化。91团一分干管减少投资40余万;91团三分干管减少投资62万元,效果明显。本文结合管网中求最小生成树的特点,采用单亲遗传算法的策略,结合自适应的交叉、变异概率求解图的最小生成树,采用遗传算法求最小生成树可以得到满足条件的解,综合考虑管网长度和管网总造价,管网总投资较经验方法和图论法分别减少了2.8%和0.7%。2、在编码设计及管网布置中,融入设计人员经验。根据设计人员的经验确定每个节点有可能的供水段,将设计经验融入到优化的初始计算中,有效地减少了优化计算中的不可解数目,提高了优化计算的效率。通过工程实例进行了验证,利用人工设计经验和管网布置的地形特点,利用计算机技术确定出更接近实际工程要求的最小投资树状管网设计方案,为组合优化问题的研究提供了新途径和新经验。3、管径与管网的同步优化,实现管网的全局最优。本文利用整数编码的遗传算法,针对树状管网的布置进行两级优化。第一级是利用树状管网的单点供水原则有向地将管网进行初步连接,与此同时有效地将管径的优化融合进来,并采用整数编码遗传算法对管网布置进行优化,第二级优化在第一级优化的基础上采用二进制编码,可快速有效的确定最优管径组合。4、遗传算法的全局寻优能力优于传统的优化方法。通过深入分析了遗传算法的发展状况、实际应用以及算法的实现技术,说明了该算法在解决非线性的复杂问题当中更加适合。遗传算法在各种优化设计问题得以广的泛应用,都能够获取理想效果。在研究、分析现有管径以模型的基础之上,提出以自压滴灌布置方式为依据的管径布置方案,通过Matlab遗传算法工具箱GATBX,分析遗传算法中参数的选择,选取最大迭代代数200、交叉率0.7、变异率0.1。经过比较、分析可知,与传统的方法相比,遗传算法拥有明显的优势,能够弥补其他传统方法的固有不足。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S274

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本文编号：2608553