拱坝多目标优化研究与应用

本文探讨了拱坝多目标优化的模型、方法与程序实现。提出了以经济性指标（如坝体方量Ｖ）和安全性指标（应力水平〖σ〗、强度失效概率Ｆ、高应力区范围Ｈ）作为优化的多个目标函数。多目标优化采用理想点法，通过对各分目标的权系数调整，可提供反映设计者要求的多个方案。言语中首交地拱坝优化的柔性建模方法，并通过程序予以实现。结合变拱坝，并通过程序予以实现。结合小湾拱坝，用上述方法提出了若上推荐方案，初步效果良好。     

基于非概率可靠度理论的拱坝安全度评价

传统可靠性方法利用概率论和模糊理论处理结构不确定因素.应用非概率凸集模型处理结构的不确定性,结合有限元分析,通过结构材料不确定参数的区间运算,得到坝体单元的非概率可靠度指标.考虑坝体初始开裂位置的随机性,根据非概率可靠度指标最小单元依次破坏的准则来搜索拱坝所有可能的失效模式,得出各种可能失效模式下拱坝非概率可靠度指标的最小值即为拱坝的非概率可靠度.综合拱坝各种失效模式可以更合理准确地评价拱坝的安全度.     

静力与动力荷载下高拱坝体型多目标优化设计

本文基于静、动力荷载作用下高拱坝的安全性与经济性，建立了高拱坝体型多目标优化设计模型，利用模糊理论提出了多目标优化的评价函数。以小湾拱坝为例，进行了体型优化设计，优化体型与初始体型相比，在坝体体积、应力指标和抗震能力上都得到了改善。     

基于应变能的拱坝体型优化设计

考虑静力荷载作用下双曲拱坝的安全性，对最大主拉应力、拉应力区范围、整体安全度和抗屈折稳定等安全指标进行了综合分析。提出以坝体应变能指标作为拱坝体型优化的安全目标函数，建立拱坝体型优化设计模型并采用进化策略进行求解。以白鹤滩拱坝为例，优化体型与初始体型相比，体积方量减少1.58万m3，坝体应变能、最大主拉应力、最大主压应力以及位移等结构响应量都得到了降低，优化效果明显。     

以应力为目标的拱坝体型优化线性规划模型

以最大主拉应力最小作为目标函数，建立了拱坝体型优化设计的线性规划模型．以该模型计算某高拱坝的结果表明，以应力为目标的拱坝体型优化设计，可合理地调整坝体应力状态，从而获得更高的安全储备．     

基于有限元方法的洞坪拱坝体形优化研究

在初步设计体形的基础上,建立以坝体混凝土方量最小为目标函数,以坝体几何形状限制和坝体拉、压应力满足有限元等效应力控制指标为约束条件的拱坝优化数学模型,运用大型有限元软件ANSYS对洞坪拱坝进行体形优化研究.计算表明,该方法求解效率高,结果的收敛性稳定,优化后的体形更扁平美观,坝体应力更趋于均匀.     

具有智能的拱坝设计系统

本文阐述一个用于拱坝设计的计算机软件系统。该系统能分析坝体应力和坝肩稳定性。能对８种体型拱坝进行优化设计。系统有一个知识库和一个推理包，可以用于生成十个以上抛物线型拱坝的初始方案，系统采用多目标模糊优化方法选择满意方案，还提供一个设计实例。     

基于应变能与模糊贴近度的拱坝体形稳健优化设计

在拱坝体形优化设计时,以坝体应变能及其对基岩变形模量的灵敏度为目标函数,建立了拱坝体形稳健优化设计模型。具体求解时,首先对各分目标进行单目标优化,得到理想解,然后通过构造目标函数向量与理想解目标向量的模糊贴近度,将稳健优化模型转化为求最大模糊贴近度的单目标优化问题。结合某拟建拱坝的工程算例表明,相比于线性加权法,模糊贴近度法的优化结果更靠近理想解,坝体的应力状态更优。     

拉西瓦拱坝建基面的优化

通过对拉瓦拱坝近岸坡岩体风化、卸荷、变形特性深入研究，在满足南体应力、变位、的要求下，通过建基面岩体质量对坝体应力变位敏感性分析，用坝基岩体极阴有在把水工设计与地质主送紧密结合起来，在数值计算基础上用模型评判方法进行拱坝建基面优化。从而在拱坝在面优化工作做了一次有益探索。     

基于等效应力法的混凝土拱坝有限元分析

有限元法分析拱坝应力时,等效应力计算按等效后坝体的主拉、压应力作为控制指标。本文基于拱坝等效应力计算原理,对照应力控制标准,结合工程实例建立三维有限元模型,计算该拱坝不同荷载作用下坝体上、下游面的等效应力,分析其应力控制标准的适宜性,结论可为高拱坝的等效应力研究提供一定的指导价值。     

Multi-Objective Optimization of Fusegates System under Hydrologic Uncertainties

Fusegates are independent units held only by the gravity installed on the free spillway of existing dams in order to increase reservoir storage and/or discharge capacity. Increasing reservoir storage in many dams can partly sacrifice dam’s reliabilities. So considering the failure risk of a dam together with the amount of increase in the reservoir capacity can prevent selecting fusegates which seriously endanger a dam safety. However, Lack of accurate information on various damage functions and difficulty in quantifying failure consequences are among principal limitations that hinder practical application of conventional approaches which account failure risk in real world hydrosystems problems. This study develops two effective multi-objective frameworks to optimize fusegates’ configuration in order to eliminate the need for such hard-to-get mathematical damage functions and provide valuable information on the failure risk, total cost, and increased water volume of a reservoir. The proposed models find trade-off solutions between two sets of conflicting objectives. The first competing objectives is investment cost and water storage and the second conflicting goals are water storage and failure probability under the inherent and parameter hydrologic uncertainties. Complicated flood routing phenomenon within a reservoir equipped with fusegates is explicitly taken into account to attain a more cost-effective and reliable design without jeopardizing the dam safety. Applicability and performance of the developed optimization schemes are discussed and demonstrated on a real life case study. The multi-objective optimization results represented as an ensemble of diverse trade-off solutions provide decision makers with more insight and understanding of system behavior and different design alternatives.     

基于贝叶斯框架下大坝服役性态综合评估方法

大坝服役性态的综合评估对水利枢纽的安全运行有重大意义。现有的评估模型存在过于依赖专家经验,缺乏客观性,或仅限于数据挖掘,未融入专业知识的不足。以贝叶斯网络为主要框架,提出了一种结合专家主观经验和客观实测数据的大坝性态评估方法。该方法根据朴素贝叶斯分类和BIC评分优化的方式确定网络结构,有效地厘清了影响因素之间的关系。利用模糊综合评价理论和熵权法分别求解先验分布和条件分布,运用贝叶斯估计进行推理,得到兼顾主观经验和客观数据的失效概率。结合失效概率等级表,对大坝服役性态进行有效的评估和定级。以某混凝土坝14个影响因素的时间序列为例,建立了该坝贝叶斯框架下多指标服役性态评估模型,并对其服役性态进行安全评级。最后从主观与客观、整体与部分、静态与动态3方面分析评估结果,证明了该方法的有效性。     

基于无私合作博弈模型的拱坝体型多目标优化设计

以坝体体积、最大主拉应力和整体应变能作为目标函数,建立拱坝体形多目标优化设计模型,提出基于无私合作博弈模型的多目标求解方法。将3个设计目标视为3个博弈方,通过计算设计变量对目标函数的影响因子和模糊聚类,将设计变量分解为各博弈方拥有的策略空间。采用合作约束力协议,建立博弈得益函数与目标函数之间的映射关系。各博弈方分别以自身博弈得益函数为目标,在各自的策略空间中进行单目标优化,获得本博弈方对其余博弈方的最佳对策,所有博弈方的最佳对策形成一轮博弈的策略组合,并根据收敛判别,通过多轮博弈,获得最终的博弈解。以白鹤滩拱坝为例,设计结果显示体积方量减少了27.7万m3,最大主拉应力降低了0.58MPa,应变能下降了0.057GJ,体现了无私合作博弈解法的有效性。     

Multi-objective reservoir operation using particle swarm optimization with adaptive random inertia weights

Based on conventional particle swarm optimization(PSO), this paper presents an efficient and reliable heuristic approach using PSO with an adaptive random inertia weight(ARIW) strategy, referred to as the ARIW-PSO algorithm, to build a multi-objective optimization model for reservoir operation. Using the triangular probability density function, the inertia weight is randomly generated, and the probability density function is automatically adjusted to make the inertia weight generally greater in the initial stage of evolution, which is suitable for global searches. In the evolution process, the inertia weight gradually decreases, which is beneficial to local searches. The performance of the ARIWPSO algorithm was investigated with some classical test functions, and the results were compared with those of the genetic algorithm(GA), the conventional PSO, and other improved PSO methods. Then, the ARIW-PSO algorithm was applied to multi-objective optimal dispatch of the Panjiakou Reservoir and multi-objective flood control operation of a reservoir group on the Luanhe River in China, including the Panjiakou Reservoir, Daheiting Reservoir, and Taolinkou Reservoir. The validity of the multi-objective optimization model for multi-reservoir systems based on the ARIW-PSO algorithm was verified.     

拱坝封拱温度场多目标线性规划方法研究

本文在引进拱坝应力分析单位荷载法的基础上，建立了拱坝封拱温度场多目标线性规划的优化模型，并利用该模型求解了位于南方典型气候条件下的某拱坝最优封拱温度场.实例应用表明，所建模型合理可行，优化效果明显。     

干旱期水库供水特征及运行性能分析

 阐述了目前较常用的干旱期水库运行性能特征体系的主要表征指标，并给出了可操作的实用性计算表达式；建立了基于供水可靠性最大、供水破坏恢复能力最强以及单一时段破坏深度最小的多目标混合整数规划模型，对模型结构进行了具体描述；在实例应用研究中，运用权重法处理多目标问题，并通过分析多种目标权重组合对模型运算结果的影响，论述了2种多目标函数形式的决策过程特征，比较了2种多目标函   数在干旱期水库运行性能评价应用方面的优缺点。     

利用多岛遗传算法的侧式进/出水口体型优化研究

水工建筑物体型优化一般通过物理模型试验或数值模拟对设定体型进行水力特性研究,针对不利的水力指标调整体型再进行研究,直至获得满意的较优体型,这是传统的做法。双向水流条件下的侧式进/出水口体型优化可视为多目标优化问题。本文将加权后的水头损失系数定为目标函数,以孔口断面流速不均匀系数和孔口间流量不均匀系数为约束条件,将多目标优化转化为单目标优化,利用多岛遗传算法进行进/出水口体型优化,可以获得最优体型。此外,参数化建模方法和基于CFD的响应面模型的应用,加快了建模与数值模拟速度,提高了优化效率。以某下水库侧式进/出水口为例,按照本文方法得到的推荐体型与原体型相比,进/出流的总水头损失系数降低3.35%,出流时流速不均匀系数减小14.50%,进/出流的流量不均匀系数均小于20%。该研究方法为水工建筑物体型优化提供了便捷的途径。     

基于概率-模糊-区间混合模型和改进分枝限界法的重力坝可靠性分析方法

借助传统概率模型评估重力坝服役安全需明确参数的概率分布,而非概率区间模型所得结论难以准确度量重力坝服役可靠程度,因此,本文提出了基于概率-模糊-区间混合模型和改进分枝限界法的重力坝可靠性分析方法。基于原型、室内试验成果与安全监测资料,结合参数时变模型和区间反演分析方法,建立综合考虑随机变量、模糊变量和区间变量的重力坝可靠性分析混合模型;利用信息熵法和Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优化条件解耦混合模型,通过基于当量正态化法的验算点法(JC法)计算可靠指标;对传统分枝限界法加以改进搜索主要失效模式,采用Ditlevsen窄界限法计算体系可靠度,综合评估重力坝整体服役安全。工程实例分析表明,本文方法可求解多种不确定因素共存的重力坝可靠性分析问题,适用范围较广;计算结果仍为概率可靠指标,表明在符合重力坝运行规律的前提下所选定坝段存在滑动失稳的可能性,与大坝的实际服役情况相吻合。此外,建立的可靠性分析混合模型,经一定的改进和拓展后,亦可用于其他结构工程的可靠性分析。