基于模拟退火遗传算法的自压微灌干管管网优化

为解决常规树状管网优化算法的不足,在规定管网中每一管段只能由一种管径管道组成的基础上,提出了一种以管网造价最低为目标函数、节点压力为约束条件、标准管径为决策变量的自压微灌干管管网优化数学模型。采用模拟退火罚函数方法处理约束条件,构造出适应度函数,将遗传算法全局优化和模拟退火的良好局部搜索能力有机结合,构造出一种退火遗传算法用于自压树状管网的优化设计。仿真结果表明,利用该模型与算法来求解自压微灌干管管网的优化问题具有良好的优化性能和求解效率。     

自压喷灌输水管的优化计算

在自压喷灌输水管首末两端位置已定条件下，本文以标准管径管长为优化变量，以输水管总投资最小为规划目标，建立了自压喷灌输水管优化计算的线性规划模型，利用这一模型可求出输水管选用的各标准管径的最优管长。     

基于SVMs-GA模型的微灌系统管网优化设计

为了优化农业管道输水灌溉中管网的组合方式,提高灌溉效益,节约灌溉成本,在不限定灌溉面积的假设下,以支、毛管的标准段数为决策变量,以系统允许的最大压力差和构成管网的最低管道数目为约束条件,以单位面积的管材成本最低为目标函数建立模型,采用支持向量机耦合遗传算法对模型进行求解,得到满足约束条件和目标函数的不同管径支管的标准段数最优组合。结果表明:当毛管双向铺设时,单位面积的管材成本达到最低,最低值为8 755.7 元/hm²,灌溉面积为24.15 hm²,管网水头差达到系统允许的97.6%~99.7%;与毛管单向铺设相比,每公顷的管材成本降低了6.5%,灌溉面积增加了103%。与已有文献相比,每公顷成本降低了5%,灌溉面积增加了23%。因此支持向量机耦合遗传算法可以较好地优化管网设计,为农业节水灌溉提供了可借鉴的依据。     

滴灌灌水小区水力设计的遗传算法研究

以滴灌灌水器平均流量与设计流量的差值为目标函数,将支管末端节点的压力水头作为决策变量,应用二分法与退步法进行毛管和支管的水力计算,建立微灌灌水小区整体水力设计的遗传算法模型。仿真结果表明,模型与算法具有很高的求解效率、计算精度以及良好的通用性和实用价值。在进行灌水小区水力设计的同时,还能够得到支管和毛管的流量、压力分布,以及灌水器平均流量、最大流量、最小流量等特征值及其孔口位置,确定压力偏差、流量偏差、灌水均匀度等灌水质量控制指标。可适用于非均匀坡、变管径、变间距等坡地微灌灌水小区的水力计算与设计,也可用来对已设计或铺设好的灌水小区进行校核与评价。     

树状灌溉管网两级遗传优化设计

针对树状管网布置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：第一级优化根据树状管网单点供水的原则，避免了最优生成树方法的复杂性，将设计人员的经验有机融合到设计过程中，寻找出一组符合工程情况的管网布置形式；第二级优化在第一级优化的基础上采用整数编码的遗传算法，以投资最小为目标函数，计算出最优管径组合。该方法采用MATLAB6．5编程，可得出较优的布置方案。     

基于多决策变量协同设计的供水管网多目标优化模型研究

在城镇供水管网设计中,管线布置和管径搭配是影响工程经济性和可靠性的重要因素。为提升管网设计的整体优化水平,以管线布置和管径搭配共同作为决策变量,选用"管网建造费用"作为经济性目标函数,选用"管网管段压力均值"、"管网恢复力"和"枝状管流量和"作为管网可靠性目标函数,建立供水管网多目标优化设计模型。使用MATLAB平台搭载EPANET2动态链接库,采用改进的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解模型得到帕累托(Pareto)前沿解集,并使用多标准优化和妥协解决方案(VIKOR)法选出最优折衷设计方案。最后以广东省某城镇供水管网设计为例进行验证,得到的前沿解集在多维目标空间中分布均匀,且选出的最优折衷方案综合效益良好,证明了供水管网管线布置和管道尺寸协同设计的科学性和有效性。     

基于模拟退火遗传算法的自压树状管网优化

将遗传算法全局优化和模拟退火的良好局部搜索能力有机结合,构造出一种退火遗传算法用于自压树状管网的优化设计方法。假定管网中每一管段最多只能由两种管径的管道组成,建立了以管网造价为目标函数,以管长、标准管径为决策变量的自压树状管网优化数学模型。采用基于不可行度的退火算法处理约束条件,应用遗传算法进行优化计算。仿真实例结果表明,该模型与算法在求解自压树状管网优化问题上,具有良好的优化性能和求解效率。     

城市污水输送系统优化设计方法研究

针对城市污水输送管网工程,分别考虑了污水输送有压、无压管网系统优化问题。对于有压管网工程,建立了以加压泵站和输水管道工程年费用最小为目标函数,以加压泵站工作扬程与各管段管径为决策变量,以管段首末水头损失、各管段管道经济流速与各管段管径为约束条件的非线性模型,采用加压站工作扬程离散枚举法比选,管段管径一维动态规划选优方法进行优化计算;针对无压管网工程,同样建立了以输水管道工程年费用最小为目标函数,以各管段管径为决策变量,以管段为阶段变量,以管段首末水头损失为耦合约束条件、以各管段管道经济流速、各管段纵坡与各管段管径为决策变量可行域约束条件的一维动态规划模型。以此两种模型,可以对城市污水管网工程进行有压与无压输送方案比选,并通过实例分析验证可为城市污水输送有(无)压管网工程系统优化设计提供参考。     

整数规划的分支定界在水泵选型中的应用

以泵站系统效率最高为目标函数，以水泵台数为优化变量，以流量变化为约束条件，建立了水泵优化选型模型。采用整数规划的分支定界模型求解，运用该方法，既可以提高计算效率，又可以在较大解空间范围内获得最优水泵组合方案，使选型结果最优。     

水电站压力引水管经济直径计算的探讨

目前,水电站压力引水管的设计中,计算经济直径的经验公式颇多,但经验系数的变劝范围较大。为便于应用,本文以压力管道的管径为决策变量、以年费用最小为目标函数建立数学模型,导出了压力引水管最优经济直径,可供设计参考。     

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。     

固定式喷灌系统经济管径的计算方法

在分析了固定式喷灌系统的管网投资、年运行费用与管径函数关系的基础上，利用工程经济分析中费用最小化准则和非线性规划理论，建立了求解喷灌系统管网经济管径的数学模型，并给出了无约束条件直接求解经济管径的计算式．     

微灌田间管网布置与管径同步优化及影响因素分析

田间管网是微灌系统的最基本设计单元,该部分规划设计的合理性直接影响到整个微灌系统的工程投资及运行费用。将田间管网作为一个整体,分别以单位面积年费用最低及控制面积最大为目标,在不限定田间管网形状及面积的情况下建立毛管单向布置及双向布置田间管网优化设计数学模型。分析了毛管管径、灌水器设计流量、灌水器间距、毛管方向地面坡度、灌水器制造偏差系数及流态指数对田间管网优化结果的影响,并对两种布置模式下田间管网的优化结果进行了对比。实例计算结果表明:较小的毛管管径、灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数、较大的灌水器间距有利于减小田间管网单位面积年费用,减小的百分比为0.55%～57.42%;较大的毛管管径及灌水器间距、较小的灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数有利于增大田间管网控制面积,增大的百分比为18.31%～925.94%;毛管双向布置田间管网在单位面积年费用及控制面积两方面均优于毛管单向布置田间管网,毛管双向布置田间管网单位面积年费用较毛管单向布置降低0.59%～9.58%,控制面积较毛管单向布置增大9.67%～186.57%。结果可为不限定面积情况下微灌田间管网的优化设计提供依据。     

隔河岩和高坝洲梯级水电站水库联合调度方案研究

发电量和保证出力是水库调度的两个对立目标,如何协调发电量和保证出力,是制定水库群联合调度方案的关键。本文对隔河岩和高坝洲梯级水电站水库联合调度,以发电量和保证出力为目标函数,建立了多目标联合优化调度数学模型,并提出了求解多目标优化模型最优解的交互式决策偏好系数法。此方法首先应用约束法将多目标优化模型转换成多个单目标优化模型,采用动态规划法求单目标优化模型的解,得到多目标优化数学模型的不劣解集,在此基础上,提出了一个评价多目标方案的决策偏好系数,并以决策偏好系数为依据,从不劣解集中选择多目标优化数学模型的最优解。应用此方法求出了隔河岩和高坝洲梯级水电站水库联合调度的最佳方案。     

Single Reservoir Operating Policies Using Genetic Algorithm

To obtain optimal operating rules for storage reservoirs, large numbers of simulation and optimization models have been developed over the past several decades, which vary significantly in their mechanisms and applications. As every model has its own limitations, the selection of appropriate model for derivation of reservoir operating rule curves is difficult and most often there is a scope for further improvement as the model selection depends on data available. Hence, evaluation and modifications related to the reservoir operation remain classical. In the present study a Genetic Algorithm model has been developed and applied to Pechiparai reservoir in Tamil Nadu, India to derive the optimal operational strategies. The objective function is set to minimize the annual sum of squared deviation form desired irrigation release and desired storage volume. The decision variables are release for irrigation and other demands (industrial and municipal demands), from the reservoir. Since the rule curves are derived through random search it is found that the releases are same as that of demand requirements. Hence based on the present case study it is concluded that GA model could perform better if applied in real world operation of the reservoir.     

泵站叶片可调单机组日运行优化方法研究

提出叶片可调单机组日运行优化动态规划数学模型,以耗电费用最少为目标函数,峰谷电价与站下水位变幅过程划分阶段变量,各阶段开机水泵的叶片安放角为决策变量,规定时段内的抽水量为约束条件。以受长江潮汐影响的江都四站为例进行计算,结果表明:(1)在典型潮位过程、设计日均扬程、机组满负荷工作时,叶片可调单机组日运行优化结果与叶片安放角维持原设计安放角相比可节省电费5.24%;叶片安放最优角度与峰谷电价相关,峰电时为-4°,非峰谷与谷电时为+2°。(2)在潮型不变情况下,日均扬程分别为4.8、5.8、6.8、7.8和8.3m时,叶片全调节运行方式与叶片维持原设计安放角相比,可节省费用在3.4%～6.2%之间,平均节省费用4.45%,单位提水费用平均下降4.55%。     

城市供水工程经济管径的确定

本文阐述了影响城市供水压力管道、管径选择的四个因素:水压力、流量、流速及强度。建立了一个城市供水计算经济管径的数学模型,从而减小了工程投资。该模型已经在大禹渡城市供水工程设计中得到运用     

并联输水管道设计方法

针对长距离并联输水系统的特点，以年费用最小为目标，应用动态规划建立了优化设计数学模型。对模型求解中涉及到的并联输水管管径的选定和流量分配问题作了探讨，推导了连接管设置间距计算式。算例表明，所设计的并联输水管道，可明显节省年费用。     

A GA-HP Model for the Optimal Design of Sewer Networks

This paper illustrates the application of a new model combined Genetic Algorithm with Heuristic Programming (GA-HP) technique in order to establish the optimal design for sewer networks. The objective is to minimise the construction cost function, which is represented by the depth of excavation and pipe diameter. The proposed GA-HP model has achieved the optimum design task in two stages. Firstly, the Genetic Algorithm (GA) was applied to obtain the diameters of the pipes needed for the preliminary design of the network. Secondly, Heuristic Programming (HP) preliminary designs were used to obtain the optimal slope for those pipes and to determine other characteristics such as the velocity, relative depth of water, excavation depths and total cost of the network. A MATLAB code was used to perform the GA-HP optimisation modelling. The performance of three different selection methods, four different crossover methods and different population sizes is examined with the proposed model, to determine their impact on convergence behaviour. The proposed GA-HP model is tested using some benchmark examples of sewer networks from the literature. The results show that the GA-HP model is superior to all previous methods and may be more efficient in the design of large networks.