基于整數(shù)編碼遺傳算法的給水排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、本課題的研究意義人們從天然水體中取水,經(jīng)處理后供給人類生活和生產(chǎn),把用過的水收集后,經(jīng)處理或直接排放到天然水體中去,把大氣降水收集后排入天然水體,這一取水、供水、排水過程使得人類與自然生態(tài)的水質(zhì)、水量、生態(tài)平衡都存在著矛盾,而這一矛盾的有效控制和解決是通過建設(shè)一整套工程設(shè)施實現(xiàn)的,這一整套工程設(shè)施的組合體稱為給水排水工程.給排水系統(tǒng)是為人類生活、生產(chǎn)、消防提供用水和排除污水和雨水的設(shè)施總稱,其完善程度是衡量城市文明程度最重要的標志之一.

2、 給排水系統(tǒng)可分為給水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)兩部分,是城市規(guī)劃設(shè)計的一項非常重要的內(nèi)容,耗資巨大,動輒千萬、上億,而給排水管網(wǎng)的造價通常要占給排水工程總造價的60～80﹪,為了節(jié)約社會及自然資源(人力,物力,財力和土地資源),進行詳細規(guī)劃設(shè)計很有必要,而一般通過優(yōu)化設(shè)計可以節(jié)省投資5～10﹪. 如何在給排水管網(wǎng)設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計方法,己成為目前市政工程設(shè)計中十分關(guān)注的課題.應(yīng)用傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)設(shè)計方法設(shè)計者雖然能根據(jù)經(jīng)驗進行初步的

3、優(yōu)化選擇,并盡量使初步設(shè)計達到技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理,但其技術(shù)經(jīng)濟分析一般都只考慮幾個不同形式的方案的比較,而不考慮同一布置形式下不同設(shè)計參數(shù)組合的方案比較.這樣就會造成給排水管網(wǎng)設(shè)計因人而異,所需投資也可能會相差甚遠. "管徑離散、約束條件多且復(fù)雜"是給排水管網(wǎng)優(yōu)化問題的典型特征,本課題是在遺傳算法基礎(chǔ)上,針對給排水管網(wǎng)優(yōu)化約束條件特點,并結(jié)合遺傳算法搜索特性,利用模糊判斷誘導(dǎo)遺傳算法變異方向,從而優(yōu)化搜索過程,使得改進后的遺

4、傳算法計算效率更高、收斂性更好、優(yōu)化結(jié)果更加理想.1.2給水系統(tǒng)以及給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化研究給水系統(tǒng)工程是研究提升、輸送、儲存、調(diào)節(jié)和分配水的系統(tǒng)科學(xué).給水系統(tǒng)是保證城市、工礦企業(yè)等用水的各項構(gòu)筑物和輸水配水管網(wǎng)組成的系統(tǒng),任務(wù)是從水源取水,按照用戶對水質(zhì)的要求進行處理,然后將水輸送到配水管網(wǎng).給水系統(tǒng)通常包括:取水構(gòu)筑物、水處理構(gòu)筑物、泵站、輸水管渠和管網(wǎng)、調(diào)節(jié)構(gòu)筑物.泵站、輸水管渠和管網(wǎng)、調(diào)節(jié)構(gòu)筑物等總稱水配水系統(tǒng),是輸水管渠和管網(wǎng)投資

5、最大的子系統(tǒng). 給水管網(wǎng)建設(shè)在市政工程中占有越來越重要的地位.一般給水管網(wǎng)的投資約占整個給水工程投資的60﹪以上.給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計必須考慮四個方面的問題,即水壓、水量的保證性;水質(zhì)的安全性;管網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟性.給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計通常是以經(jīng)濟性指標為目標函數(shù),而將其余作為約束條件,建立優(yōu)化目標函數(shù),從而求出滿意解. 除經(jīng)濟性以外,給水管網(wǎng)對水質(zhì)安全、供水安全性等其它方面不易進行定量評價;用水量變化和管道漏水等原因使計算流

6、量和實際流量不相符合:泵站的運行方式、管網(wǎng)規(guī)模、管網(wǎng)布置和流量分配可能有多種方案等,其中有些因素很難用數(shù)學(xué)形式表達.以上諸多不確定性因素給優(yōu)化設(shè)計及其求解帶來一定困難. 就在20世紀90年代初,設(shè)計人員還在憑經(jīng)驗查閱大量表格進行設(shè)計,過程繁瑣,計算結(jié)果不夠精確;現(xiàn)在則更多地借助計算機通過程序解決管網(wǎng)設(shè)計中的問題,把設(shè)計人員從繁重的體力、腦力勞動中解放出來,提高了工作效率.但是大多數(shù)僅僅局限于利用現(xiàn)有工具(設(shè)計計算程序)進行初步計

7、算和設(shè)計,或者是試算. 給水管網(wǎng)優(yōu)化的目的是以滿足城市供水水量、水壓和水質(zhì)的要求為前提,在經(jīng)濟上做到費用最小,所以也可稱為管網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟計算.隨著優(yōu)化理論的發(fā)展和計算機應(yīng)用技術(shù)的普及,給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計也相應(yīng)地開展起來. 起初,研究人員總是用一些確定性優(yōu)化方法來解決管網(wǎng)優(yōu)化問題,可后來逐漸發(fā)現(xiàn)這樣大型復(fù)雜的問題應(yīng)該建立一個理想的模型.其中非線性模型與實際問題最接近,但求解過程相當(dāng)復(fù)雜.近些年,國內(nèi)外學(xué)者在已定管線的配水管網(wǎng)