应用混合遗传算法进行给水管网优化设计.pdfVIP

2007年第4期 应用混合遗传算法进行给水管网优化设计 王雅芳 (福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000) 摘要：该文采用建立管网优化设计的多目标函数数学模型，借助于改进遗传算法结合传统优化 理论与方法对该数学模型进行求解，寻找出既能满足工程设计要求，又能降低工程造价和运行 管理费用的最优或次优设计方案，解决复杂给水管网系统的优化设计计算问题。 关键词：给水管网；混合遗传算法；多目标数学模型；可靠性 中图分类号：TU991．36 文献标识码：B 文章编号：1002—3011(2007)04—0036—04 前官 网定线、计算沿线流量、节点流量、总用水量、获得节点地 城市供水系统是城市建设和发展的重要基础设施，是保 面高程、确定控制点的最小自由水压等。 障人民生活和发展经济建设不可缺少的物质基础。供水管网 管网年费用定义为在一定建设年限内每年分摊的建造费 系统是城市供水系统和管道化灌溉系统的重要组成部分，在 用Fl与管理费用F2之和。经济性作为管网优化设计的目标 城市供水系统建设中占有较大比重。随着城市扩大化和农村 函数之一，是指年费用为最小的管网布置方案，以公式表达 城市化。每年投入到城市供水系统的建设资金数以万计。同 为： 时，随着水资源日益紧缺和水资源开发利用率的提高，老系 Min：年基建投资+年管网运行费用 (含能量、管理和 统的修复、改建和扩建等所需要的工程投入亦逐渐增大。对 检修费)。 供水管网系统进行科学的规划、设计和运行管理，不仅可以 可靠性作为管网优化设计的另一个目标函数。由可靠性 为国家节约大量的资金投入，还可以提高水资源的利用率， 定义知，可靠性越大的管网越能在管网组件故障时发挥供水 提高整个供水系统的运行可靠性，减少维修量。 能力，为用户提供满足规定要求的水量和水压。因此．该目 通过构造管网模型，借助于最优化理论、方法、数值计 标函数可以定性为： 算和计算机技术，研究如何在管网工程规划设计中合理地选 Max：管网可靠性 择有关技术参数，从众多可行的设计方案中寻找出既能满足 为此，本文在建立管网优化设计数学模型时所采用的两 工程设计要求。又能降低工程造价和运行管理费用的最优或 个目标函数为： 次优设计方案，作为工程建设和运行管理的技术依据和基本 Min：年基建费用+年管网运行费用 保证。目前，对供水管网系统的优化研究着重点放在管网优 Max：管网可靠性 化设计和优化运行调度两个方面，对管网优化布置的研究相 Su~ect to： 对较少。 (1)水力条件约束 单一的传统优化方法难以解决复杂问题的优化，譬如象 (2)满足需水量要求 复杂给水管网优化设计这类离散变量问题的组合优化求解。 (3)保持合理的水压 本文从管网最小费用和管网可靠性角度出发，建立管网优化 (4)其他约束条件 设计模型，将改进的遗传算法和传统优化方法结合起来，形 1．1 管网优化设计目标函数之一——年费用 成改进混合遗传算法，用于求解该模型，从而解决给水管网 1．1．1 管网优化设计的年费用计算 系统的优化设计计算问题。 供水管网系统主要由水源 (如水池、水塔等)、泵站、 1 管网优化设计方法和目标函数 管线、阀门、疏水器、弯头等附属设备组成。可以认为管网 管网优化设计以高日高时用水量为基础进行经济计算， 系统的建设费用主要集中在管线费用上，和管道的材料、长 通