【摘要】：近年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)村飲用水安全問題的高度重視,我國(guó)村鎮(zhèn)供水事業(yè)得到迅速的發(fā)展,村鎮(zhèn)供水工程建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多。與平原地區(qū)相比,山地丘陵農(nóng)村地區(qū)供水工程規(guī)模小、用戶分散、地形高差大,往往需要加壓和局部加壓,造成工程投資大和水費(fèi)偏高,這與農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展不相適應(yīng)。本文以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo),分別建立山地丘陵地區(qū)村鎮(zhèn)輸水管網(wǎng)和配水管網(wǎng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,對(duì)山地丘陵農(nóng)村地區(qū)輸水管網(wǎng)加壓泵站的設(shè)置,管徑、管材耐壓等級(jí)選擇和配水管網(wǎng)布置及管徑組合方式進(jìn)行優(yōu)化研究,以期達(dá)到減少工程投資和提高供水安全性的目的。首先,本文根據(jù)山地丘陵農(nóng)村地區(qū)供水工程的特點(diǎn),從工程設(shè)計(jì)角度,對(duì)工程水源地選擇、管材選擇、加壓泵站類型、輸配水管網(wǎng)定線原則等基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行梳理和分析,為工程設(shè)計(jì)提供參考。接著,根據(jù)山地丘陵地區(qū)地形高差大的特點(diǎn),建立多級(jí)加壓的輸水管網(wǎng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo),考慮了管材耐壓等級(jí)對(duì)管道造價(jià)和泵站揚(yáng)程的影響將加壓泵站作為管段和節(jié)點(diǎn)劃分的依據(jù),提出耐壓等級(jí)存在系數(shù)的概念,建立關(guān)于管徑、中途加壓泵站數(shù)量、管材耐壓等級(jí)的年折算費(fèi)用目標(biāo)函數(shù)。通過(guò)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的分析,選擇人工免疫算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解,并且應(yīng)用于工程實(shí)例,得出經(jīng)濟(jì)管徑、加壓級(jí)數(shù)和泵站位置以及管段耐壓等級(jí)的優(yōu)化方案。然后,根據(jù)工程設(shè)計(jì)和管網(wǎng)優(yōu)化中多采用的分階段優(yōu)化的思想,建立配水管網(wǎng)兩級(jí)優(yōu)化模型。第一階段是對(duì)配水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化布置,針對(duì)村鎮(zhèn)配水管網(wǎng)用戶節(jié)點(diǎn)與管網(wǎng)交叉節(jié)點(diǎn)的不同,采用改進(jìn)Kruskal算法求解最小生成樹,以距離作為邊權(quán),得出管網(wǎng)距離之和最小的最小生成樹管網(wǎng)布置方案,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行第二階段管徑組合的優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí),本文建立了將管網(wǎng)布置與管徑組合優(yōu)化同步進(jìn)行的直接優(yōu)化模型,以節(jié)點(diǎn)作為管段選擇的依據(jù),建立管網(wǎng)年折算費(fèi)用目標(biāo)函數(shù),根據(jù)樹狀管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特性和水力特性,確定模型約束條件。最后,論文以重慶市渝北區(qū)某村鎮(zhèn)配水管網(wǎng)工程為例,運(yùn)用兩級(jí)優(yōu)化模型和直接優(yōu)化模型對(duì)工程進(jìn)行求解。結(jié)果表明,采用直接優(yōu)化法求解更接近工程方案的最優(yōu)解。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S277.7
【圖文】：

圖 3.1 生物免疫機(jī)制Fig. 3.1 Biological immune mechanism算法的基本原理法是基于生物免疫系統(tǒng)的原理和機(jī)制發(fā)展起來(lái)的中，待求解的問題看作抗原，抗體對(duì)應(yīng)于求解問為可行解的適應(yīng)度，并通過(guò)免疫記憶機(jī)制和免疫物免疫系統(tǒng)與人工免疫算法的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 3.1表 3.1 生物免疫系統(tǒng)與人工免疫算法的對(duì)應(yīng)關(guān)系espondence between biological immune system and artificial系統(tǒng) 人工免疫算法待求解的問題求解問題的一個(gè)

圖 3. 2 人工免疫算法流程Fig. 3.2 Flow of artificial immune algorithm步驟如下：。根據(jù)給出的問題進(jìn)行分析，將優(yōu)化問題作為算。在算法中，抗體通過(guò)編碼成字符串的方式表達(dá)的編碼形式有二進(jìn)制編碼和浮點(diǎn)數(shù)編。本文采用個(gè)（1×n）的矩陣表示，n 為抗體的長(zhǎng)度，即二進(jìn)群體。通過(guò)解空間中隨機(jī)方法產(chǎn)生一定規(guī)模的初 N，則整個(gè)群體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為（N×n）的矩陣。評(píng)價(jià)。即計(jì)算抗體和抗原之間的親和力。本文以，則目標(biāo)函數(shù)值越小，適應(yīng)度越大，相應(yīng)的選擇記憶細(xì)胞。將個(gè)體按照適應(yīng)度值由高到底排列，

方向到達(dá) S 村附近，最后達(dá)到高位水池。第一段由西往東方向跨越山脈，蜿蜒崎嶇。根據(jù) 2.2.1 節(jié)輸水管道定線原則，本段管道不按照道路路線走著直線敷設(shè)，以減少管道的轉(zhuǎn)彎次數(shù)，使管線長(zhǎng)度短、水頭損失小。同水路線不穿越山脊線，盡量減少與道路的穿越次數(shù)。向北走向管道道路，因此，輸水管道設(shè)計(jì)沿道路敷設(shè)。最后 S 村附近的 319 國(guó)道至尖峰寺計(jì)高位調(diào)節(jié)水池路段為陡坡上山路段，管線選取最短距離直線敷設(shè)。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，水源到水廠的輸水管道，可按單管布置時(shí)宜按雙管布置。本次輸水工程管線長(zhǎng)，設(shè)計(jì)流量小、沿線地形復(fù)雜、管材費(fèi)用和運(yùn)行能耗高。根據(jù)輸水管網(wǎng)定線原則，設(shè)計(jì)高位調(diào)節(jié)水池一能夠保證供水安全。因此為減少工程總投資，降低制水成本，本輸水管管輸水的方式。根據(jù) 3.3.2 的分析，本工程選擇鋼管作為輸水管材。在山地丘陵地區(qū)，鋼土埋設(shè)，管道沿地面走，在轉(zhuǎn)彎處和直線一定距離處設(shè)置鋼筋混泥土鎮(zhèn)定線結(jié)果如圖 3.3 所示。

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本文編號(hào)：2770998