南水北調中線某管段管徑優(yōu)化設計

1、南水北調中線某管段管徑優(yōu)化設計論文導讀:：為長距離輸水管道粗糙率。其原始設計方案中的管徑如圖1所示。長距離輸水管道管徑的優(yōu)化設計。降低工程造價。論文關鍵詞：長距離，引水管道，管徑，優(yōu)化，造價0 引言為滿足用水需求,促進社會經濟開展,我國興建了許多長距離壓力輸水工程【1】。國內外學者對長距離輸水工程的經濟性進行了分析和探討。Liang【2】應用動態(tài)規(guī)劃法進行供水系統(tǒng)最優(yōu)化設計，該處理方法影響最終解的精度，導致計算時間過長，計算機內存過大。魏永曜【3】,【5】、白丹【4】等研究人員應用線性規(guī)劃模型進行管網優(yōu)化設計的研究，在工程實踐中產生了顯著的經濟效益，但該方法只能考慮線性目標函數，忽略了一些呈非

2、線性關系的費用項，直接影響了管網投資計算精度。林性粹【5】等采用了微分法優(yōu)化各管段管徑的設計方法，該方法的通用性和實用性較差，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。本文采用基于神經網絡的兩級優(yōu)化算法和遺傳算法【6】對南水北調中線某一長距離引水鋼筒混凝土管道的管徑進行優(yōu)化長距離，能夠獲取樹狀管網優(yōu)化設計的全局最優(yōu)解或近似最優(yōu)解，同時對節(jié)約工程投資，降低工程造價，加強工程平安有著很重要的意義。1工程實例圖1為南水北調中線工程約束條件線性規(guī)劃模型：目標函數：約束條件 式中：W為總投資，元；NP為樹狀管網的管段數；ND為樹狀管網的節(jié)點數約束條件同3.1中的線性規(guī)劃模型懲罰函數可表示為： 適

3、應度函數為目標函數和懲罰函數之和長距離，可表示為： 式中：W為總投資，元；Cij為管道單價，元/m；Xij為第i個管段選用第j種標準管徑的管長，m；P為懲罰函數；Hd為管網中節(jié)點壓力水頭約束； F為適應度函數；CP為加壓泵站的動力費用，元；Hf、E1、Ek、Qij同上。2.3 兩種優(yōu)化結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。根據原始的設計方案，管徑的取值范圍設為60cmD320cm，由各管道中允許通過的最大流速Vmax和管道設計流量Q，根據公式Dmin=(4Q/Vmax)0.5估算管道允許選擇的最小管徑Dmin，以各個管道的最小允許管徑Dmin作為神經網絡動力

4、學系統(tǒng)模擬的初始條件，使動力學系統(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計算。針對工程實例長距離，采用遺傳算法的優(yōu)化方法，根據所需標準管徑建立可選管徑數組，按照管段編號的順序，對照標準管徑數組對每個管段的管徑進行整數編碼。采用兩點交叉、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代動態(tài)減小初始值的10%。經過8E+3秒的動態(tài)演化，得到一組標準管徑 8.57 8.34 表3 基于神經網絡的兩級優(yōu)化設計管網節(jié)點水頭值Fig.3 Node pressure of two-leveloptimal d

5、esign due to optimization algorithm 節(jié)點 編號 節(jié)點水頭 最低允許水頭/m 節(jié)點編號 節(jié)點水頭 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 結語基于神經網絡的兩級優(yōu)化模型和遺傳算法均可實現超長距離大口徑引水管道管徑的優(yōu)化，優(yōu)化后管網中各管段具有標準管徑的管段長度，便于直接施工，同時能有效的節(jié)約管網投資費用。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學模型。參考文獻：【2】liang T. Design of conduit system by dynamicprogramming. Jour