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1、基于遗传算法的喷灌管网优化设计节水灌溉?2005年第4期文章编号:1007—4929(2005)0t一0001—03基于遗传算!渗的喷灌管网1毵化设计万年华,胡铁松,尹正杰(水资源与水电工程国家重点实验室武汉大学.武汉430072)摘要:结合管网优化设计理论和实际工程中管径计算的要求,将遗传算法引入喷灌管网优化设计.提出求解喷灌管网管径优化解的计算思路.增强了管网设计方案的经济性,且求解出来的管径不需按标准管径调整.在此基础上,提出把经济性与可靠性结合起来进行管网优化设计,以及采用遗传算法求解该多目标问题.关键词:喷灌管网;优
2、化设计;遗传算法;可靠度中图分类号:$275.j文献标识码:AGeneticAlgorithmsforOptimalDesignofSprinklerPipeNetworkWANNian—hua,HUTiesong,YINZheng-jie(StateKeyI.abofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience,WuhanCity430072.China)Abstract:Basedonthetheoryofwaterpipenetworkdesignandthepractica
3、lrequirementsofpipediametercalculationinproject,thispaperintroducesGA(GeneticAlgorithms)tOoptimizethedesignofsprinklerpipenetwork,andputsforwardanewcalculatingapproachonsolvingthepipediameteroptimization.TheapplicationofGAimprovestheeconomicrationalityofpipenetworkd
4、esigningandthediameterdoesn'tneedtOadjustaccordingtOthestandarddiameter.Withthispresentation.thispaperputsforwardtheideaofconsideringboththeeconomicrationalityandreliabilityinoptimizingthedesignofsprinklerpipenetwork.andapplyingamulti—ob—jectivegeneticalgorithmtOsol
5、vethisproblem.Itisveryimportant.Keywords:sprinklerpipenetwork;optimaldesign;GA;reliability0引言喷灌管网的投资约占整个丁程投资的5()～8O一,喷灌管网的优化设计对于降低成本,促进喷灌技术进一步推广具有十分重要的意义.在设计管道的管径时,常采片】传统的经济管径法初估管径,然后根据要求进行整.再比较确定管径.这种方法的缺点是设计的优劣取决于设计人员的素质和经验,且难免漏掉好的方案.近年来,很多新的优化方法和算法不断被引入到管网的优化设计中,
6、如动态规划法,微分法,罚函数法,可行方向法等.这些方法都有一定的局限性.或计算繁杂.求出的管径需要按1程上的标准管径进行渊整等等,难以广泛应用.遗传算法是一种较新的r程优化算法.具有全局性,并行性,对问题依赖性小等优点.适用于求解离散管径的组合优化收稿日期:2005—0卜O基金项目:国家自然科学基金资助项目(50479039)部分研究内容.作者简介:万年华(1982).女,硕士研究生.问题,在管网优化设计中已有一些研究一.'.针对喷灌管网的特点和要求,采用遗传算法进行管网管侄的优化设计,并通过实例验证遗传算法的性能.1喷灌管网
7、优化设计的数学模型在管网布置一定.保证流量及压力的前提下,求年费厢(管道折旧,大修费和能耗等)最小的管径组合,便构成一个优化问题.喷灌管网的优化设计既要考虑减少管网投资.义要考虑降低能耗.当投资大时,管径大,摩损小.能耗较小,反之则相反,喷灌管网的投资与能耗呈一种此消彼}张的关系.喷灌管网的优化设计也就是要寻找投资与能耗的合理平衡,使得管网的年费用最小.模型如下一:minW—fPl1+r(1+r)(1+r)一1)∑("++kHQ(1)2基于遗传算法的喷灌管网优化设计万年华胡铁松尹正杰压力约束≤H,≤=[HI(2)2模型算法Hm
8、In≤HJ≤()……一流速约束≤≤(3)管径约束√≤D≤√㈤其中,k一86000,Q一{.刀式中:P.为平均大修费率,一般以占管网投资的百分比计,喷灌系统取为1_5];r为年利率;n,6,a为管网造价系数;DJ为管段管径;￡为管长;t为喷灌管网折旧年限,一般取20～40a;H
