滴灌作為一種精準(zhǔn)灌溉技術(shù)非常適用于山地地區(qū),其小流量浸潤(rùn)的灌水方式很大程度上提高了灌溉水利用率、經(jīng)濟(jì)效益顯著,所以近年來廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。但山地滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與大田滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同,在管網(wǎng)布置、灌溉制度的制定、參數(shù)的選取、水力計(jì)算以及設(shè)備選型方面都有較大的差別,因此至今沒有一套完備的設(shè)計(jì)方法;且田間管道安裝中,需要的材料管件較多,管網(wǎng)投資較高。因此,對(duì)山地滴灌系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化有重要的意義,既能完善其設(shè)計(jì)理論,又能達(dá)到節(jié)省投資,減少損耗的目的。本文以陜北榆林地區(qū)山地滴灌系統(tǒng)為研究對(duì)象,在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外類似條件的滴灌系統(tǒng)及其管網(wǎng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上,針對(duì)目前存在的不足,采用理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合,計(jì)算機(jī)模擬與實(shí)例驗(yàn)證相結(jié)合的方式,對(duì)山地滴灌系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì),然后采用管網(wǎng)布置優(yōu)化和管徑優(yōu)化兩級(jí)優(yōu)化的方式對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),利用gatbx遺傳算法工具箱,通過MATLAB程序進(jìn)行求解,得到以下結(jié)論:(1)山地滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)與大田滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)組成上相似,在管網(wǎng)布置形式、設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、輪灌區(qū)的劃分等方面有較大差異,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)參考但不能完全照搬。山地滴灌系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)考慮地形、高差因素,管網(wǎng)布置應(yīng)以立體樹狀管網(wǎng)布置形式為主,設(shè)計(jì)參數(shù)的選取應(yīng)適當(dāng)加大系數(shù),輪灌區(qū)的劃分應(yīng)遵循近高差、近流量、近位置等原則;此外山地滴灌系統(tǒng)注重壓力均衡問題,因此在設(shè)備選型上要高質(zhì)量,高匹配度,還要做好管道的水力分析,最后與一個(gè)好的運(yùn)行管理模式相匹配,形成一個(gè)合理的、實(shí)用的山地滴灌系統(tǒng)。(2)本文管網(wǎng)優(yōu)化采用的是布置優(yōu)化和管徑優(yōu)化兩級(jí)優(yōu)化的方法,其中管網(wǎng)布置采用基于圖論的最小生成樹法,將管網(wǎng)連接圖轉(zhuǎn)化成有向的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,同時(shí)融入設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)。在管徑優(yōu)化中,以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)建立優(yōu)化模型一,在此基礎(chǔ)上加入可靠性建立優(yōu)化模型二。求解結(jié)果表明:模型一的管網(wǎng)投資最低,模型二次之,經(jīng)濟(jì)流速法的最高。重力水頭利用率的規(guī)律也同上。在可靠性方面,經(jīng)濟(jì)流速法最高,模型一最低,模型二置于之間。模型二的可靠性和經(jīng)濟(jì)性分開看都不是最好的,但模型二是兼顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性的最優(yōu)選擇。在實(shí)際工程中,應(yīng)根據(jù)需求選擇合適的方案。(3)遺傳算法在管網(wǎng)優(yōu)化問題的求解上效率高、收斂性能穩(wěn)定且優(yōu)化結(jié)果理想。其中,整數(shù)編碼方式簡(jiǎn)單實(shí)用,可提高算法效率且優(yōu)化結(jié)果即為商用標(biāo)準(zhǔn)管徑;用模擬退火罰函數(shù)法處理約束,改善了確定罰因子的主觀性,避免算法陷入局部最優(yōu)解。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S277.95
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況
        1.2.1 滴灌系統(tǒng)研究概況
        1.2.2 管網(wǎng)優(yōu)化研究概況
        1.2.3 存在的問題
        1.2.4 遺傳算法的選用
    1.3 研究?jī)?nèi)容與方法
第二章 遺傳算法原理與MATLAB工具箱
    2.1 遺傳算法的基本原理
    2.2 遺傳算法的特點(diǎn)
    2.3 遺傳算法的實(shí)現(xiàn)
        2.3.1 編碼
        2.3.2 適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計(jì)
        2.3.3 選擇運(yùn)算
        2.3.4 交叉運(yùn)算
        2.3.5 變異運(yùn)算
        2.3.6 約束條件的處理
        2.3.7 遺傳算法的終止條件
    2.4 MATLAB遺傳算法工具箱簡(jiǎn)介
        2.4.1 創(chuàng)建初始種群
        2.4.2 適應(yīng)度計(jì)算
        2.4.3 選擇函數(shù)
        2.4.4 交叉算子
        2.4.5 變異算子
        2.4.6 子種群支持
    2.5 小結(jié)
第三章 山地滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    3.1 山地滴灌系統(tǒng)組成
        3.1.1 水源工程
        3.1.2 首部樞紐工程
        3.1.3 輸配水管網(wǎng)
        3.1.4 灌水器
        3.1.5 防護(hù)裝置
    3.2 山地滴灌系統(tǒng)分類
        3.2.1 按獲得壓力的方式分類
        3.2.2 按管道系統(tǒng)組成部分是否可移動(dòng)分類
    3.3 山地滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        3.3.1 工程規(guī)模
        3.3.2 管網(wǎng)布置
        3.3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)選取
        3.3.4 灌溉制度確定
        3.3.5 水力計(jì)算
    3.4 設(shè)備選型
        3.4.1 首部設(shè)備選型
        3.4.2 管網(wǎng)選型
        3.4.3 灌水器選型
        3.4.4 安全防護(hù)裝置選型
    3.5 運(yùn)行管理模式
    3.6 小結(jié)
第四章 管網(wǎng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立
    4.1 管網(wǎng)布置優(yōu)化
    4.2 管徑優(yōu)化
        4.2.1 以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的優(yōu)化模型
        4.2.2 以經(jīng)濟(jì)性和可靠性為目標(biāo)的優(yōu)化模型
    4.3 小結(jié)
第五章 工程設(shè)計(jì)實(shí)例
    5.1 工程概況
    5.2 優(yōu)化布置
    5.3 管徑優(yōu)化
        5.3.1 以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的模型計(jì)算
        5.3.2 以經(jīng)濟(jì)性和可靠性為目標(biāo)的模型計(jì)算
    5.4 結(jié)果分析
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷

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