利用正交麦优化设计自压式低压管灌系统

在渠灌区，研究充分利用地形落差情况下自压式低压管灌树状管网的优化设计，对降低投资有重要意义，管网优化设计应将管网布置优化和管径优化结合进行设计，本文利用正交表及其优化分析原理，同时结合应用非线性数学规划法优化管径，不仅可得到所有管网布置组合中的量佳方案，还可视实际需要得到若干次优方案。该优化设计法计算工作量较小，简单可靠且实用。     

基于混合蛙跳算法的自压微灌管网系统优化设计

【目的】解决自压微灌管网系统布置与管径优化设计的问题,节省工程投资造价。【方法】以新疆某灌区一微灌工程为研究对象,以微灌系统中各级管道的管段长度、管径为决策变量,支毛管允许水头差、工作压力、管径、流速等为约束条件,以管网总投资最小为目标,分别建立了双向毛管布置和单向毛管布置的自压微灌管网数学模型,并采用混合蛙跳算法进行求解,优化管网的布置及各级管道的管径。【结果】该优化设计方法对自压微灌管网系统能够实现管网系统布置与管径的同步优化,优化设计后的方案干管段数减少,干管每一段的长度和每条支管长度增加,部分管段管径减小,所需总投资为469 129.3元,与依据相关规范和经验进行设计的原方案相比,管网投资降低了21.5%。【结论】该优化设计方法所得的优化结果节省投资明显,混合蛙跳算法收敛性能稳定,计算速度较快,具有较高的计算精度,对水源有保证、地面坡度不大且较为均匀的自压微灌管网系统的优化设计具有一定的应用价值。     

灌溉管网优化设计研究进展

灌溉管网优化设计对降低能耗、节省投资以及提高灌水质量等方面都具有着十分重要的理论与现实意义。在国内外研究的基础上,从输水、配水2个角度对灌溉管网优化问题进行了全面剖析,概括了管网布置优化、管网管径优化、管网布置与管径同步优化,以及微灌田间配水管网优化的研究现状。最后,给出了未来灌溉管网优化设计的研究方向,特别提出应加强山丘区灌溉管网的优化设计研究。     

机压微灌管网系统布置与管径同步优化设计

微灌管网系统由轮灌管网(支毛管)和续灌管网(干管)组成,以往的研究没有将其作为一个系统,且不能实现布置与管径组合的同步优化,研究成果对坡度均匀的大型灌区机压微灌独立管网系统的优化也不适用。因此,提出了机压微灌管网系统优化的方法,并建立了优化设计数学模型,采取整数及实数编码的混合编码方法,通过遗传算法求解,同时实现轮灌管网及续灌管网的布置优化及管径组合优化,得出的管径为标准商用管径,无需调整。实例计算结果表明,该模型与算法在求解机压微灌管网系统优化设计问题上具有良好的优化性能和求解精度。与传统设计方案相比较,轮灌管网和续灌管网的优化设计方案单位面积年费用分别降低了14. 85%～35. 59%和4. 12%～12. 99%,节省投资效果明显。     

基于遗传算法的喷灌管网优化设计

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。     

基于萤火虫算法的滴灌管网优化设计研究

传统滴灌工程设计过度依赖设计人员经验,同时管网系统投资较大。【目的】探索滴灌管网的优化设计方法,节约工程投资。【方法】以投资最小为目标函数、工作压力及管内流速为主要约束条件建立滴灌管网优化模型,并利用萤火虫算法进行求解,优化不同管网布置形式下的各级管道的管径及投资。选取约87 hm2旱田(玉米)滴灌工程为实例研究对象,针对骨干管道的3种布置方案(梳型、丰型、π型)优化研究,综合附属工程投资额得出最优方案。【结果】方案一"梳"型布置投资额为12 443.08元/hm2;方案二"丰"型布置投资额为12 263.17元/hm2;方案三"π"型布置投资额为13 698.20元/hm2;方案二投资最小,分别较方案一与方案三节约投资1.45%与10.48%。【结论】基于萤火虫算法求解的滴灌管网优化模型可以对管径及管网布置模式进行优化,能够应用到滴灌管网的优化设计当中,是一种可行方法。将附属工程投资独立考虑,并纳入滴灌系统总投资可简化问题。骨干管道"丰"型布置为最优方案。     

基于枚举法和遗传算法的农田有压管道系统优化设计

针对当前农田灌溉管道工程设计规划难以达到最优、农业灌溉供水成本过高等问题,从用水户角度出发,以管长、管径、水泵扬程等因素为变量,灌溉供水成本最低为目标函数,建立了农田有压管道系统非线性优化模型。结合设计人员经验和工程实际,根据单点供水原则,采用枚举法对管网布置进行优化。在此基础上采用遗传算法对管径进行优化,得到各管网布置方案下的管径组合及水泵扬程,最后选择出供水成本最低的方案作为最优设计方案。编写了C++和Matlab程序,并进行了工程实例验证。结果表明,方法可快速有效地确定出农田有压管道系统整体优化方案,在满足农田灌溉要求的同时,降低供水成本,切实保护用水户的利益。     

自压喷灌干管管网的优化计算

结合自压喷灌的特点，以干管管网投资之和最小为目标函数，以标准（商用）管径，管长为优化变量，建立了自压喷灌干管网优化计算的线性规划模型，在管网布置方案确定后，利用这一方法，可进行了干管管网的优化设计。     

两级优化模型在长距离引水管道管径优化设计中的应用

针对单一的数学模型不能很好解决管径优化的问题,在以往给水管网管径优化设计的基础上,采用线性规划和非线性规划相结合的两级优化模型对主干管很长,支管较短的引水管道的管径进行优化来寻求管网投资最小。结合南水北调中线某段工程实例进行分析,结果表明两级优化模型的应用能有效节约管网造价,对实践具有重要的指导意义。     

基于最小生成树模型的树状灌溉管网的优化设计

针对灌溉管网优化中的管网布置和管径选择问题,以追求管网投资最小为目标,采用结合设计者工程经验的Kruskal算法生成符合工程要求的灌溉管网最小生成树。将管网中的线路根据节点之间的距离进行边权赋值,参与最小生成树求解,保证算法的可用性,并与相关生成树算法进行比较。实例研究表明,该方法能克服局部最优解的缺陷,能快速求解符合工程实际的树状管网布置和管径。     

灌溉管网优化设计方法与软件的研

分析了国内外灌溉管网优化方法的研究历史和现状，探讨了遗传算法等新型算法在管网优化中的应用及灌溉管网优化设计软件的研究进展，预测了其未来的研究方向。指出未来研究将在应用遗传算法、模拟退火算法、神经网络及其混合算法等新型优化计算方法的基础上，加强管网优化布置、管网经济性和运行可靠性等方面的研究；预测了综合利用可视化语言、CAD、GIS等多种成熟商用软件及决策支持系统、专家系统等方面的研究成果，研发基于用户偏好信息且具有较强优化功能和人工干预能力的集成化、组件式灌溉管网优化设计软件将会得到较快发展。     

灌溉管网调压池布置与管径同步优化研究

【目的】保证大规模自压式树状灌溉管网的安全运行,在管网系统中布置若干个调压池进行分区灌溉。【方法】采用基于整数编码的双重编码方法,将调压池和干管管网作为一个整体,以干管管道造价与调压池造价与干管管道造价之和最小为目标函数,以压力节点水头与管道流速为约束条件,建立相关数学模型,并运用遗传算法求解。【结果】该方法实现了调压池布置优化与管径优化的同步进行,最终在系统中共布置2座调压池,分别位于节点2与节点4,将管网系统分为3个区域。优化得到的配水干管总长度10 973.7 m,较人工经验法减少12.02%,系统总投资464.80万元,较人工经验法减少17.23%。优化后每个区域内各节点水头更为均衡,水头差最大区域为第Ⅰ区,仅有12.5m,较人工经验法的26.4m更为稳定均衡。【结论】基于整数编码的双重编码方法可获得较优的自压式树状灌溉管网调压池布置方案,为地形条件相似的管网布置提供了参考。     

基于Excel规划求解的泵站加压灌溉管网优化设计研究

以管网系统年费用最小为目标函数,水泵扬程H和连续管径D为设计变量,建立了确定性的泵站加压灌溉管网优化设计模型,并应用Excel规划求解法对所建立的模型进行了求解。实例表明,在管网布置形式已知的情况下,与传统的经济流速法相比,Excel规划求解法是一种实用价值较高的模型求解方法,该方法不仅能够节省一定的工程投资,还提高了设计人员的设计水平和效率。     

On-demand pressurized water distribution system impacts on sprinkler network design and performance

On-farm irrigation networks are designed for optimum performance at a specific upstream pressure head. In pressurized water distribution systems operating on demand, the upstream pressure head of the on-farm network can be subject to high and continuous fluctuations depending on the number of the hydrants being simultaneously opened. In this paper, a methodology combining network design and performance analysis of a sprinkler network is described and applied to an irrigation distribution system operating at two different water demands (1,200 and 600 l s⁻¹) using a case study in Italy. Four designs of the same sprinkler network were optimized at different upstream designing pressure and were evaluated at all the possible operating conditions of the system. The expensive large pipe size diameter design presented the best performance and the highest reliability at a wide range of hydrant pressure while the small pipe size designs have the tendency to fail during the peak water demand period as a result of low hydrant pressure. Flow regulators within the hydrants showed to have an important role in stabilizing the network performance at elevated upstream pressure head.     

基于圈的单水源树状管网优化改进遗传算法

以投资、运行费用之和最小为目标函数,建立了单水源树状管网优化数学模型.根据完整的树状管网优化需同时对管网布置和管径优化的特点,采用二进制编码和整数编码相结合的双重编码遗传算法对模型进行求解,其中二进制编码表示管网的布置形式,整数编码表示管径.通过整数编码的设计,使管径约束自动得到满足.根据单水源树状管网与图论中生成树的相似性,在二进制编码操作时,采用基于圈的方法产生初始解及进行交叉、变异操作,使初始解和变异操作时生成的均为可行解,交叉操作时满足了生成树的基本条件.通过上述操作,大大降低了不可行解的产生几率,提高了算法的计算效率.优化算例说明了该方法的有效性.     

Optimizing the layout and design of branched pipeline water distribution systems

Branched distribution systems are found in a large number of situations, including rural irrigation, reclaimed water distribution, and effluent disposal. Much research has been developed around optimizing pipeline design assuming a predetermined geographical layout of the distribution system. There has been less work done, however, on the problem of optimizing the configuration of the network itself, which is a particularly crucial issue in lower-income areas where the need for cost-effective irrigation systems is greatest. Generally, engineers develop the basic layout through experience and sheer intuition. In this paper, a method is developed for determining an optimal layout for a branched distribution system given only the spatial distribution of potential customers and their respective demands. The technique utilizes a mixed integer linear programming (MILP) algorithm to optimize an empirically derived objective function. The method is tailored for practical application and allows the decision maker to simultaneously solve for the optimal customer/user base and pipeline layout. The method is illustrated with a simple example.     

基于双重编码遗传算法的树状管网优化设计

以投资最小为目标函数,建立了树状管网优化数学模型,并采用遗传算法进行求解.针对树状管网优化的特点,遗传算法采用二进制编码和整数编码相结合的双重编码,以同时对管网布置形式和管径进行优化,并结合了模拟退火算法,调整了适应函数,给出了初温的确定方法,操作过程中采用随机多父辈适应函数值加权交叉,提出了与优化问题相适应的变异方法.算例说明了该优化方法的有效性.