南水北調(diào)中線某管段管徑優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、南水北調(diào)中線某管段管徑優(yōu)化設(shè)計(jì)論文導(dǎo)讀:：為長距離輸水管道粗糙率。其原始設(shè)計(jì)方案中的管徑如圖1所示。長距離輸水管道管徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。降低工程造價(jià)。論文關(guān)鍵詞：長距離，引水管道，管徑，優(yōu)化，造價(jià)0 引言為滿足用水需求,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)開展,我國興建了許多長距離壓力輸水工程【1】。國內(nèi)外學(xué)者對長距離輸水工程的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析和探討。Liang【2】應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行供水系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，該處理方法影響最終解的精度，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過長，計(jì)算機(jī)內(nèi)存過大。魏永曜【3】,【5】、白丹【4】等研究人員應(yīng)用線性規(guī)劃模型進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，在工程實(shí)踐中產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但該方法只能考慮線性目標(biāo)函數(shù)，忽略了一些呈非

2、線性關(guān)系的費(fèi)用項(xiàng)，直接影響了管網(wǎng)投資計(jì)算精度。林性粹【5】等采用了微分法優(yōu)化各管段管徑的設(shè)計(jì)方法，該方法的通用性和實(shí)用性較差，一般只能得到問題的局部最優(yōu)解，很難得到全局最優(yōu)解。本文采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩級優(yōu)化算法和遺傳算法【6】對南水北調(diào)中線某一長距離引水鋼筒混凝土管道的管徑進(jìn)行優(yōu)化長距離，能夠獲取樹狀管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全局最優(yōu)解或近似最優(yōu)解，同時(shí)對節(jié)約工程投資，降低工程造價(jià)，加強(qiáng)工程平安有著很重要的意義。1工程實(shí)例圖1為南水北調(diào)中線工程約束條件線性規(guī)劃模型：目標(biāo)函數(shù)：約束條件 式中：W為總投資，元；NP為樹狀管網(wǎng)的管段數(shù)；ND為樹狀管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)約束條件同3.1中的線性規(guī)劃模型懲罰函數(shù)可表示為： 適

3、應(yīng)度函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)和懲罰函數(shù)之和長距離，可表示為： 式中：W為總投資，元；Cij為管道單價(jià)，元/m；Xij為第i個(gè)管段選用第j種標(biāo)準(zhǔn)管徑的管長，m；P為懲罰函數(shù)；Hd為管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)壓力水頭約束； F為適應(yīng)度函數(shù)；CP為加壓泵站的動(dòng)力費(fèi)用，元；Hf、E1、Ek、Qij同上。2.3 兩種優(yōu)化結(jié)果比照及分析其中長距離輸水管道流速取值范圍為0.6m/sV3.0m/s。根據(jù)原始的設(shè)計(jì)方案，管徑的取值范圍設(shè)為60cmD320cm，由各管道中允許通過的最大流速Vmax和管道設(shè)計(jì)流量Q，根據(jù)公式Dmin=(4Q/Vmax)0.5估算管道允許選擇的最小管徑Dmin，以各個(gè)管道的最小允許管徑Dmin作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力

4、學(xué)系統(tǒng)模擬的初始條件，使動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)快速收斂到最優(yōu)解的吸引域，獲得最優(yōu)管徑集合，從而可以防止因初始管徑選擇過大而造成的重復(fù)計(jì)算。針對工程實(shí)例長距離，采用遺傳算法的優(yōu)化方法，根據(jù)所需標(biāo)準(zhǔn)管徑建立可選管徑數(shù)組，按照管段編號的順序，對照標(biāo)準(zhǔn)管徑數(shù)組對每個(gè)管段的管徑進(jìn)行整數(shù)編碼。采用兩點(diǎn)交叉、均勻變異的方式，選取初始種群大小為100，交叉概率為0.8，變異概率的初始值為0.25，每隔100代動(dòng)態(tài)減小初始值的10%。經(jīng)過8E+3秒的動(dòng)態(tài)演化，得到一組標(biāo)準(zhǔn)管徑 8.57 8.34 表3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩級優(yōu)化設(shè)計(jì)管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)水頭值Fig.3 Node pressure of two-leveloptimal d

5、esign due to optimization algorithm 節(jié)點(diǎn) 編號 節(jié)點(diǎn)水頭 最低允許水頭/m 節(jié)點(diǎn)編號 節(jié)點(diǎn)水頭 最低允許水頭/m ANN 法 LP法 二分法 ANN法 LP法 二分法 2 117.18 116.72 117.18 0 10 74.13 63.59 74.13 63.59 3 105.63 105.91 105.63 0 11 69.32 62.97 69.32 62.97 4 100.84 102.66 100.84 0 12 75.93 68.25 75.93 68.25 5 95.03 96.47 95.03 0 13 69.32 63.44 69.32

6、 63.44 6 78.07 69.56 78.07 0 14 71.46 63.32 71.46 63.32 7 73.98 66.57 73.98 0 15 61.80 50.69 61.80 46.70 8 67.29 61.97 67.29 0 16 62.45 47.87 62.45 47.87 9 55.99 49.49 55.99 49.49 17 64.85 50.84 64.85 50.84 3 結(jié)語基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩級優(yōu)化模型和遺傳算法均可實(shí)現(xiàn)超長距離大口徑引水管道管徑的優(yōu)化，優(yōu)化后管網(wǎng)中各管段具有標(biāo)準(zhǔn)管徑的管段長度，便于直接施工，同時(shí)能有效的節(jié)約管網(wǎng)投資費(fèi)用。但兩級優(yōu)化模型的適用范圍、求解速度及其精度優(yōu)于遺傳算法及其他單一的數(shù)學(xué)模型。參考文獻(xiàn)：【2】liang T. Design of conduit system by dynamicprogramming. Jour