南水北调中线某管段管径优化设计

1、南水北调中线某管段管径优化设计论文导读:：为长距离输水管道粗糙率。其原始设计方案中的管径如图1所示。长距离输水管道管径的优化设计。降低工程造价。论文关键词：长距离，引水管道，管径，优化，造价0 引言为满足用水需求,促进社会经济开展,我国兴建了许多长距离压力输水工程【1】。国内外学者对长距离输水工程的经济性进行了分析和探讨。Liang【2】应用动态规划法进行供水系统最优化设计，该处理方法影响最终解的精度，导致计算时间过长，计算机内存过大。魏永曜【3】,【5】、白丹【4】等研究人员应用线性规划模型进行管网优化设计的研究，在工程实践中产生了显著的经济效益，但该方法只能考虑线性目标函数，忽略了一些呈非

2、线性关系的费用项，直接影响了管网投资计算精度。林性粹【5】等采用了微分法优化各管段管径的设计方法，该方法的通用性和实用性较差，一般只能得到问题的局部最优解，很难得到全局最优解。本文采用基于神经网络的两级优化算法和遗传算法【6】对南水北调中线某一长距离引水钢筒混凝土管道的管径进行优化长距离，能够获取树状管网优化设计的全局最优解或近似最优解，同时对节约工程投资，降低工程造价，加强工程平安有着很重要的意义。1工程实例图1为南水北调中线工程约束条件线性规划模型：目标函数：约束条件 式中：W为总投资，元；NP为树状管网的管段数；ND为树状管网的节点数约束条件同3.1中的线性规划模型惩罚函数可表示为： 适

3、应度函数为目标函数和惩罚函数之和长距离，可表示为： 式中：W为总投资，元；Cij为管道单价，元/m；Xij为第i个管段选用第j种标准管径的管长，m；P为惩罚函数；Hd为管网中节点压力水头约束； F为适应度函数；CP为加压泵站的动力费用，元；Hf、E1、Ek、Qij同上。2.3 两种优化结果比照及分析其中长距离输水管道流速取值范围为0.6m/sV3.0m/s。根据原始的设计方案，管径的取值范围设为60cmD320cm，由各管道中允许通过的最大流速Vmax和管道设计流量Q，根据公式Dmin=(4Q/Vmax)0.5估算管道允许选择的最小管径Dmin，以各个管道的最小允许管径Dmin作为神经网络动力

4、学系统模拟的初始条件，使动力学系统快速收敛到最优解的吸引域，获得最优管径集合，从而可以防止因初始管径选择过大而造成的重复计算。针对工程实例长距离，采用遗传算法的优化方法，根据所需标准管径建立可选管径数组，按照管段编号的顺序，对照标准管径数组对每个管段的管径进行整数编码。采用两点交叉、均匀变异的方式，选取初始种群大小为100，交叉概率为0.8，变异概率的初始值为0.25，每隔100代动态减小初始值的10%。经过8E+3秒的动态演化，得到一组标准管径 8.57 8.34 表3 基于神经网络的两级优化设计管网节点水头值Fig.3 Node pressure of two-leveloptimal d

5、esign due to optimization algorithm 节点 编号 节点水头 最低允许水头/m 节点编号 节点水头 最低允许水头/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 结语基于神经网络的两级优化模型和遗传算法均可实现超长距离大口径引水管道管径的优化，优化后管网中各管段具有标准管径的管段长度，便于直接施工，同时能有效的节约管网投资费用。但两级优化模型的适用范围、求解速度及其精度优于遗传算法及其他单一的数学模型。参考文献：【2】liang T. Design of conduit system by dynamicprogramming. Jour