鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水工程是農(nóng)村水利和鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)的重要組成部分,對改善居民生活條件、提高居民健康水平、促進(jìn)水資源統(tǒng)一管理以及加強(qiáng)水利基礎(chǔ)地位等方面具有重要意義。研究管網(wǎng)供水系統(tǒng)的優(yōu)化問題,可以有效減少管網(wǎng)造價和管網(wǎng)后期的運(yùn)行及管理費(fèi)用。目前我國對于城市供水管網(wǎng)優(yōu)化的研究較多,而針對村鎮(zhèn)的供水管網(wǎng)優(yōu)化問題較少。因此本文針對村鎮(zhèn)管網(wǎng)系統(tǒng),從村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)角度,以管網(wǎng)的建造費(fèi)用以及運(yùn)行管理費(fèi)用之和定義經(jīng)濟(jì)性,以節(jié)點(diǎn)平均富余水頭定義可靠性,建立經(jīng)濟(jì)性和可靠性多目標(biāo)優(yōu)化模型,基于MATLAB編程,應(yīng)用改進(jìn)遺傳算法和NSGA-Ⅱ算法,結(jié)合工程算例,對比單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果,對比多工況下管網(wǎng)年費(fèi)用,給出較優(yōu)方案。主要開展的研究與取得的成果如下:(1)建立基于經(jīng)濟(jì)性和可靠性的多目標(biāo)管網(wǎng)優(yōu)化模型,并分析供水管網(wǎng)系統(tǒng)的水力特性,以達(dá)到確定水源總流量和各個節(jié)點(diǎn)的水壓,從而滿足管網(wǎng)優(yōu)化過程中滿足用戶對水量和水壓的要求。在管網(wǎng)優(yōu)化求解過程中的水力計(jì)算主要為每個節(jié)點(diǎn)的連續(xù)性方程、能量方程,以及各個管段之間的壓強(qiáng)方程。(2)本文以改進(jìn)的遺傳算法和NSGA-Ⅱ作為管網(wǎng)優(yōu)化的基礎(chǔ),以LM算法作為非線性方程組的求解算法,基于MATLAB編程,進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化。其中,改進(jìn)遺傳算法的基本步驟包括編碼和初始群體形成、適應(yīng)度值評估、選擇操作、交叉操作和變異操作。(3)以兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管網(wǎng)為工程算例,采用十進(jìn)制遺傳編碼,種群數(shù)設(shè)置為100,最大迭代次數(shù)設(shè)置為200代,分別采用遺傳算法和NSGA-Ⅱ算法。其中,NSGA-Ⅱ算法運(yùn)行次數(shù)設(shè)置為50次進(jìn)行優(yōu)化,分別進(jìn)行不考慮事故工況時的單目標(biāo)管網(wǎng)優(yōu)化和多目標(biāo)管網(wǎng)優(yōu)化,以及考慮事故工況時的單目標(biāo)管網(wǎng)優(yōu)化和多目標(biāo)管網(wǎng)優(yōu)化。(4)工程算例一為一個單水源供水管網(wǎng),在不考慮事故工況時,僅考慮經(jīng)濟(jì)性的單目標(biāo)優(yōu)化所得到的管網(wǎng)年費(fèi)用為200.75萬元,節(jié)點(diǎn)平均富余水頭為14.94 m;同時考慮經(jīng)濟(jì)性和可靠性的多目標(biāo)優(yōu)化后所得的管網(wǎng)年費(fèi)用為246.10萬元,節(jié)點(diǎn)平均富余水頭為4.65 m。多目標(biāo)優(yōu)化比單目標(biāo)優(yōu)化年費(fèi)用多了45.35萬元,即費(fèi)用增加22.59%。在考慮事故工況時,針對僅考慮經(jīng)濟(jì)性的單目標(biāo)所得管網(wǎng)年費(fèi)用為227.07萬元,節(jié)點(diǎn)平均富余水頭為8.38 m;同時考慮經(jīng)濟(jì)性和可靠性的多目標(biāo)所得管網(wǎng)年費(fèi)用為258.87萬元,節(jié)點(diǎn)平均富余水頭為5.34 m;多目標(biāo)優(yōu)化比單目標(biāo)優(yōu)化年費(fèi)用多了31.8萬元,即費(fèi)用增加14.0%,富余水頭有明顯減少。(5)工程算例二為雙水源供水管網(wǎng),中在不考慮事故工況時,僅考慮經(jīng)濟(jì)性的單目標(biāo)優(yōu)化后所得到的年費(fèi)用為43.49萬元,節(jié)點(diǎn)平均富余水頭為8.99 m;同時考慮經(jīng)濟(jì)性和可靠性的多目標(biāo)優(yōu)化后所得的管網(wǎng)年費(fèi)用為50.80萬元,節(jié)點(diǎn)平均富余水頭為8.57m。多目標(biāo)優(yōu)化比單目標(biāo)優(yōu)化年費(fèi)用多了7.31萬元,即費(fèi)用增加16.81%并且富余水頭減少;在考慮事故工況時,僅考慮經(jīng)濟(jì)性的單目標(biāo)所得管網(wǎng)年費(fèi)為53.26萬元,節(jié)點(diǎn)平均富余水頭為12.13 m;同時考慮經(jīng)濟(jì)性和可靠性的多目標(biāo)所得管網(wǎng)年費(fèi)為56.63萬元,節(jié)點(diǎn)平均富余水頭為10.11 m。多目標(biāo)優(yōu)化比單目標(biāo)優(yōu)化年費(fèi)用多了3.37萬元,即費(fèi)用增加6.33%。綜合來看,多目標(biāo)考慮事故工況,雖然年費(fèi)用較高,但其充分考慮了節(jié)點(diǎn)富余水頭,并且可以有效降低事故發(fā)生率,在實(shí)際工程應(yīng)用中更為可取。從多目標(biāo)管網(wǎng)優(yōu)化所得Pareto前沿圖可以看出:當(dāng)年運(yùn)行費(fèi)用逐漸增高時,富余水頭就逐漸減少,當(dāng)年運(yùn)行費(fèi)用較低時,富余水頭則較大。實(shí)際工程中應(yīng)同時兼顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性。算例研究表明,本文提出的方法可以解決綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可靠性環(huán)狀供水管網(wǎng)優(yōu)化問題。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S277.7
【部分圖文】：

論文研究框架圖

西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士學(xué)位論文管網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化模型的建立網(wǎng)可靠性參照國內(nèi)外的相關(guān)研究以及理論可以發(fā)現(xiàn)，其針對于管網(wǎng)優(yōu)化的計(jì)近年人們對管網(wǎng)優(yōu)化的可靠性也越來越重視，可靠性即考慮管網(wǎng)的降低管網(wǎng)發(fā)生爆管時的事故率以及在管網(wǎng)任一處管段發(fā)生爆管時也的條件。管網(wǎng)的可靠性是從三個方面定義的，分別是管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可靠性、管及管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。本文將從設(shè)計(jì)方面研究管網(wǎng)優(yōu)化過程的可靠可靠性定義為滿足供水水量，水壓以及水質(zhì)的條件下，降低爆管率，生爆管時，仍能滿足用戶需水需求，保證供水的連續(xù)不斷。在所有的置里面，其可靠性以及建造費(fèi)用的關(guān)系展示為下圖：

20圖 3-1 遺傳算法流程圖Figure 3-1 Genetic algorithm flow chart） 遺傳算法工具箱對 MATLAB 進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，其聚集了很多的符號計(jì)算以及數(shù)值分析等功形化語音。在語言的應(yīng)用范圍上可以看出，MATLAB 是經(jīng)常被大家所看到B 中附帶了針對于很多不同領(lǐng)域的 30 多種工具箱，能夠很方便快捷的解問題以及計(jì)量，除此之外其還可以被很多非線性等式所運(yùn)用。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)擁有的功能非常多，同時其涉及的領(lǐng)域也非常的廣泛。是很多科學(xué)領(lǐng)域研計(jì)算機(jī)在開發(fā)的時候也會采用該算法（雷英杰 2005）。在編寫管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算程序時采用的是 MATLAB 程序語音，根據(jù) N理進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理、步驟與過程，編寫農(nóng)村管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主程函數(shù)子程序等。tlab 遺傳算法工具箱提供了常用的基本算法和良好的接口,使用者在解決實(shí)

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 代超凱;夏靜;;基于圖論的自駕游路線設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與實(shí)踐[J];數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究;2017年03期

2 覃俊,康立山;求解復(fù)雜約束優(yōu)化問題的演化多目標(biāo)算法[J];中南民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年01期

3 劉鐵虎;;二級圓柱齒輪減速器的模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];吉林化工學(xué)院學(xué)報;1990年05期

4 胡蓮;楊國榮;崔忠偉;;基于單目標(biāo)優(yōu)化模型的景區(qū)游覽路線研究[J];計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通;2019年04期

5 王依凡;葉宏達(dá);邱子杰;王志勇;;基于單目標(biāo)優(yōu)化的眾包任務(wù)定價模型[J];實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù);2018年05期

6 蘇華;陳國定;;單元組合型指尖密封的綜合性能研究[J];中國機(jī)械工程;2007年04期

7 馬步虎,潘�？�,呂進(jìn),張洪弟,白富周;梳條配毛優(yōu)化的研究[J];紡織學(xué)報;1996年03期

8 劉杰華;用多目標(biāo)方法優(yōu)化切削用量的研究[J];組合機(jī)床與自動化加工技術(shù);1992年10期

9 薛建陽;黃小剛;高衛(wèi)欣;韓琛;翟磊;;鋼框架優(yōu)化設(shè)計(jì)及其抗震性能分析[J];西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年03期

10 秦明明;王堅(jiān);姜雷;;基于改進(jìn)粒子群算法的電力系統(tǒng)有功調(diào)度[J];電力學(xué)報;2009年06期

相關(guān)會議論文 前3條

1 杜信池;周軼凡;;基于全生命周期成本的建筑優(yōu)化研究[A];信息·模型·創(chuàng)作——2016年全國建筑院系建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)研討會論文集[C];2016年

2 劉云澤;劉海清;薛青;岳仲春;;軍用汽車齒輪傳動變速器優(yōu)化設(shè)計(jì)建模與分析[A];第五屆全國仿真器學(xué)術(shù)會論文集[C];2004年

3 辛維政;董光亮;李濟(jì)生;黃永宣;;多星測控調(diào)度問題的建模與仿真[A];'2008系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉玉珍;基于進(jìn)化計(jì)算的單目標(biāo)優(yōu)化問題研究[D];湘潭大學(xué);2012年

2 劉闖;基于類細(xì)胞膜計(jì)算的優(yōu)化方法及其應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2014年

3 方圣恩;基于有限元模型修正的結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究[D];中南大學(xué);2010年

4 柏靜;基于多種混合策略的人工蜂群算法改進(jìn)研究[D];山東師范大學(xué);2016年

5 姜培勇;APF IH-DTL注入器的研究與設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）;2015年

6 宋丹;基于記憶—評價—引導(dǎo)機(jī)制的免疫優(yōu)化算法研究[D];中南大學(xué);2013年

7 胡成玉;面向動態(tài)環(huán)境的粒子群算法研究[D];華中科技大學(xué);2010年

8 陳祥國;衛(wèi)星數(shù)傳調(diào)度的蟻群優(yōu)化模型及算法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 劉衍民;粒子群算法的研究及應(yīng)用[D];山東師范大學(xué);2011年

10 趙凌云;三維正電子放射斷層成像理論及實(shí)現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2001年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張紫涵;鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管網(wǎng)多目標(biāo)多工況優(yōu)化研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2019年

2 李化欣;單目標(biāo)優(yōu)化圖像重建算法的研究[D];中北大學(xué);2006年

3 紀(jì)昌杰;水運(yùn)交通應(yīng)急管理技術(shù)研究及系統(tǒng)開發(fā)[D];湖北工業(yè)大學(xué);2017年

4 張寶亮;基于多目標(biāo)的乘務(wù)員排班問題的研究[D];中國民航大學(xué);2010年

5 陳永兵;遺傳算法及其在結(jié)構(gòu)工程優(yōu)化中的應(yīng)用研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2001年

6 閆妍;電磁軌道炮系統(tǒng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

7 謝魯冰;基于多目標(biāo)規(guī)劃的廠級負(fù)荷分配研究[D];華北電力大學(xué)（河北）;2010年

8 周春霞;基于智能優(yōu)化算法的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社區(qū)檢測研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

9 周艷;工程項(xiàng)目工期成本質(zhì)量綜合優(yōu)化研究[D];西南交通大學(xué);2008年

10 田徑;VGT/EGR對重型柴油機(jī)性能與排放的影響規(guī)律[D];吉林大學(xué);2007年

本文編號：2825900