给水管网优化设计的新方法—广义简约梯度法

本文讨论了城市给水管网设计中管段流量分配对经济管径的影响,采用非线性优化中普遍认为是行之有效的广义简约梯度法(GRG)构造了一个无需假定流量分配的管径优化设计算法。本文算例表明这一算法具有良好的收敛性,并且在管径优化的同时,作为从属状态的管段流量也达到了最佳的分配形式。该算法通过求解线性规划模型最终绘出标准规格的管径。     

基于多初值GRG算法与遗传算法的ReNuMa模型校准模块优化

ReNuMa模型设计用于在大流域尺度上评估营养盐通量。其校准模块采用的是广义简约梯度算法(GRG)。在实际应用中,该校准模块有许多不足之处。为提高ReNuMa模型校准模块的校准效率和全局寻优能力,提出了具有多初始点的GRG算法、遗传算法和遗传算法与GRG算法连用的方法。以练江流域月径流量模拟为案例开展比较研究。结果表明:对ReNuMa模型校准模块的优化有效的提高了校准结果的有效性和参数的全局寻优能力。     

用广义简约梯度法求管网经济管径

本文针对提水灌溉管网设计中，管段流量分配对经济管径的影响，采用了非线性优化中的广义简约梯度法，构造了一个无需假定流量分配的管径优化设计算法．本文算例表明这一算法具有良好的收敛性，并且在管径优化的同时，作为从属状态的管段流量也达到了最佳的分配形式．该算法通过求解线性规划模型最终得出经济规格的管径，获得了较满意的效果     

用广义简约梯度法求管网经济管径

本文针对提水灌溉管网设计中，管段流量分配对经济管径的影响，采用了非线性优化中的广义简约梯度法，构造了一个无需假定流量分配的管径优化设计算法。本文算例表明这一算法具有良好的收敛性，并且在管径优化的同时，作为从属状态的管段流量也达到了最佳的分配形式。该算法通过求解线性规划模型最终得出经济规格的管径，获得了较满意的效果。     

基于广义简约梯度算法的落差指数法参数优选

传统落差指数法计算中存在多变量、非唯一解的问题，为此，提出了将落差指数法参数优选问题视为非线性约束优化问题。以长江大通水文站为例，利用广义简约梯度算法求解落差指数法中的参数，并将计算结果与传统方法进行了精度对比。结果表明：该算法准确度高且实用性强，实现了参数的全部优化并得到最优解，提高了流量整编精度，简化了计算步骤且不需要人工干预。该方法可为落差指数法的参数求解提供新思路。     

微观模型配水系统的优化调度

研究了包括多水源和多水库的城市配水系统的优化调度。在给出24 h用水量预报,水库初始和最终水位,电费价格和供水管网的水力学约束条件后,追求能源费用最小的优化调度成为一个带非线性约束的非线性规划问题。由于该优化调度问题非线性约束很多,维数很高,求解时,用一些传统的优化方法,在计算时间和精度上达到统一的难度较大。采用广义简约梯度法对此求解,从计算结果和计算(时间)过程来看,都能够达到令人满意的程度。     

扩建给水管网的直接优化计算方法

本文根据扩建管网的特性，构造了直接以管段直径为求解变量的优化设计目标函数，利用约束条件的水力特点，采用了优化效果明显的广义简约梯度法（ＧＲＧ）进行计算，并通过目标函数变换，一次性解决了求解管径标准化的难题，并通过了实例验证。     

平面凸轮机构的优化设计

以平面凸轮机构升程的最佳传动效率为目标函数，采用广义简约梯度法，对四种常见类型的平面凸轮机构进行优化设计。根据给出的程序，只需选定从动件的基本运动规律，便可得出其最优设计参数和全部几何尺寸。     

给水管网非线性规划的新模型

本文发展了一个确定了给水管网道道直径，水泵扬程，水塔尺寸的最优设计非线性规划模型，提出了将管网不等式约束非线性规划转换为无约束规划问题的变量代换法，求解目标函数广义简约梯度的广义节点法，并采用ＰＲＰ共轭梯度法求解管网非线性规划问题，计算结果表明模型的求解速度比现有同类型非线性管网模型快数十倍。占用计算机内存较少，程序较简单，适用于各种给水管网。     

基于灵敏度分析的无功优化潮流

在以减小网损为目标的无功优化问题中，选广义发电机节点(补偿节点和发电机节点)的电压 幅值、可调变压器的变比为控制变量，按照用逐次线性规划方法求解非线性规划问题的思路 ，导出了相应的灵敏度无功优化模型，并采用对偶线性规划方法来求解。控制变量的这种选 取，减小了问题的规模，简化了计算。文中对IEEE 30节点系统进行了计算，获得了较为满 意的结果。     

灌区自压微灌独立管网系统优化设计研究

微灌管网系统由田间管网系统和骨干管网系统两部分组成,田间管网入口所需压力只与灌水器设计工作水头及田间管网允许水头差有关,因此两部分的优化问题是相互独立的。目前田间管网优化设计主要是在限定面积且布置已定的情况下进行支毛管管径组合优化。本研究在不限定管网系统面积的情况下建立了单向毛管田间管网、双向毛管田间管网及自压微灌骨干管网的优化设计数学模型,可同时完成相应管网的优化布置和优化设计且能得到最佳控制面积。利用解的不可行度对随机产生的初始种群进行选择以改善种群质量,利用罚函数法处理约束条件,应用遗传算法进行优化计算。结果表明:双向毛管田间管网在控制面积及单位面积投资两方面均优于单向毛管田间管网,推荐以双向毛管田间管网优化结果为基础进行骨干管网的优化,算法收敛性能稳定,具有较高的计算精度,此优化设计研究成果对自压微灌系统设计及区域管网优化设计具有一定的实际意义。     

自压式树状管网神经网络优化设计

应用Hopfield神经网络模型的优化计算原理与方法, 建立了自压式树状管网神经网络优化设计模型, 并用计算机软件模拟方法求解. 研究表明: 人工神经网络法是快速求解自压式树状管网非线性规划模型的一种新方法, 结合两级优化算法可以实现树状管网全局最优设计.     

泵站加压式树状供水管网优化设计研究

针对传统供水管网优化设计时未考虑整个管网的首末水头约束问题,提出了以管网系统年折算费用最小为目标函数,以水泵扬程和具有标准管径的干、支管管道长度为决策变量的泵站加压式树状供水管网优化设计数学模型。在该模型中,假定水泵扬程已知,将管网优化问题转化成管网投资线性子模型问题,并采用大系统分解-动态聚合方法对该子模型进行求解。研究结果表明,该方法寻优能力强,且计算时间短,计算结果精度较高,为泵站加压式树状供水管网系统优化设计提供了一种可行而有效的新方法。     

树状低压输水灌溉管网线性规划优化模型及其求解

针对当前南方地区大规模低压管道输水灌溉管网规划设计中存在的技术难点,建立以管道输水灌溉系统的年费用最小为目标函数的树状管网优化线性规划模型,并将内点法应用于模型求解,取得了良好的效果。     

不同灌溉工作制度下的灌溉管网优化设计研究

采用基于人工神经网络的两级优化设计模型 ,对自压式灌溉管网进行优化设计 ,并分析了不同灌溉工作制度对管网投资的影响。研究表明 ,通过灌溉管网优化设计 ,可以得到不同灌溉工作制度下的管网投资最小的优化设计结果。与原始设计方案相比能够节约大量的投资 ,并可用于选择合理的灌溉工作制度。     

基于整数编码遗传算法的树状灌溉管网优化设计方法

针对树状管网布置中较多依赖设计人员经验的特点,提出了一种基于整数编码遗传算法的树状管网两级优化方法.第一级优化是根据树状管网单点供水的原则,建立了融合工程设计经验的树状管网优化布置整数编码遗传算法模型,克服了传统二进制编码方法易产生不可行解的问题,可快速寻找出一组符合工程实际情况的管网布置方案.第二级优化在确定管网布置方案组的基础上采用整数编码的遗传算法,以投资最小为目标,建立了管径优化模型与算法.编制了灌溉管网两级优化设计Matlab程序,进行了工程实例验证.与单亲遗传算法(SPGA)和管网布置经验设计方法进行了比较,表明本文提出的基于整数编码的管网优化设计方法可方便地将设计经验融合到优化计算过程中.能降低管网优化设汁的复杂性和求解难度,快速有效求解符合工程实际的管网优化方案.     

区域化污水管网自动化信息系统的实现

目前很多城市污水管网缺乏有效的统一调度管理和管理措施,为此无锡市建设了对覆盖整个无锡城区污水管网进行远程集中监控和相关信息管理的工程,即区域化污水管网自动化信息系统。首先提出系统总体方案设计,分析了系统结构,详细分析了系统相关自动化监控、信息管理、视频和安防等功能。系统已通过验收,基本达到设计目标,完成设计功能。     

外河水位顶托下雨水管网排水能力变化的SWMM模拟

以沈阳市和平区雨水管网系统为例,选取芝加哥雨型为设计雨型,利用SWMM,模拟分析了不同暴雨重现期和外河设计洪水位下的雨水管网系统排涝过程。结果表明:随着降雨重现期增大,雨水管网排水能力增加,但积水程度加重;雨水管网系统有效排涝系数随着降雨重现期的增大而减小,且在高重现期时变化程度减缓;雨水管网系统总排水能力与外河水位和各节点(雨水井)的平均落差呈显著正相关,相关系数R为0.992,并呈近似线性关系;泵站排水在淹没出流地区至关重要,本例中可提升36.3%的管网系统排水能力,而对于自由出流地区,泵站对系统排水能力基本没有贡献。     

Effects of Pipe Roughness Uncertainty on Water Distribution Network Performance During its Operational Period

The design of new water distribution networks (WDNs) is an important social problem. Failures during an operational period provoke deficits in consumption nodes thus decreasing the performance of the network. WDN performance can be defined as the ability to sufficiently secure demand and desirable pressure in nodes based on changes in design parameters. This paper focuses on the evaluation of network performance during an operational period, taking into account pipe roughness uncertainty. A network analysis is performed by generating probabilistic series of pipe roughness using Monte Carlo simulation (MCS) in the operational period of the Two-loop WDN. Results show that an increase in pipe roughness uncertainty causes a decrease in network performance in the operational period. Furthermore, the network has a desirable efficiency only in the first 10 years. Thus, the proposed design methodology that considers the uncertainty of design variables is an effective procedure to evaluate network performance.     

自流灌区低压管道灌溉工程设计要点

自流灌区管道灌溉尚处于试验探索阶段,通过试点工程测试研究,较全面地分析了自流灌区管灌工程设计要点,论述了管道系统的布置,设计流量的确定,管网水力计算,管道结构设计及管材的选择等,并提出了加强关键技术问题研究的建议.