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《遺傳算法在排水管網(wǎng)優(yōu)化設計中的應用分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、鄭州大學碩士學位論文第二章排水管網(wǎng)優(yōu)化的基本思想和方法第二章排水管網(wǎng)優(yōu)化的基本思想和方法2．1優(yōu)化問題的提出排水系統(tǒng)是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要基礎設施，也是城市水污染和城市排漬防澇的骨干工程。其中，生活住宅區(qū)和工礦企業(yè)的雨水和污水管道系統(tǒng)投資一般占整個排水系統(tǒng)投資的70％左右【9j。為了不斷的提高人民的物質(zhì)生活水平和保護環(huán)境，我國還將建設大量的排水管道。因此，設計時如何在滿足規(guī)定的各種技術條件下，盡量利用優(yōu)化方法降低管道系統(tǒng)的基建費用是實際工作中的一個重要課題。隨著計算機的普及和優(yōu)化理論的不斷完善，如何在排水系統(tǒng)設計中應用優(yōu)
2、化設計方法已成為市政工程設計中十分關注的課題，傳統(tǒng)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的設計計算方法是：實際人員在掌握了較為完整可靠的設計基礎資料后，按照管道定線和平面布置的原則，確定出一種較為合理的污水管道平面布置圖。然后計算出各種設計管段的設計流量，以有關的設計規(guī)定作為控制條件，從上游到下游依次進行個設計管段的水力計算，求出各管段的管徑、坡度以及在檢查井處的管底標高和埋設深度。計算中，一般知識憑經(jīng)驗對管段的管徑和坡度進行適當?shù)恼{(diào)整，以求達到經(jīng)濟合理的目的，但其合理程度受到設計人員個人能力的限制：另一方面，大多數(shù)計算采用反復查閱圖和表的方法進行，
3、工作效率低，時間長，不利于設計方案的優(yōu)化。要想從根本上解決這一問題就只能通過計算機進行優(yōu)化設計。排水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個龐大而復雜的系統(tǒng)，從已有的研究成果來看，其設計計算主要涉及到四方面的內(nèi)容：一個城市的最佳排水分區(qū)數(shù)量和集水范圍的確定；最佳管線布置的確定：管線布置形式給定條件下，不同管徑、坡度組合的優(yōu)化；雨水徑流模型的建立。合流制排水系統(tǒng)通常具有溢流設施，用以限制輸送至當?shù)匚鬯幚韽S的水量。由于溢流出來的雨水也就近排入河道，因此從水量角度而言，合流制排水系統(tǒng)對于排水區(qū)域的影響與分流制雨水系統(tǒng)實際上是相同的。2．2管網(wǎng)優(yōu)化設計的基
4、本數(shù)學模型優(yōu)化設計的基本數(shù)學模型包括目標函數(shù)和約束條件。就水力計算階段來說，污水管網(wǎng)、雨水管網(wǎng)和合流制管網(wǎng)的目標函數(shù)是相同的，而約束條件則有一定的一5-鄭州大學碩士學位論文第二幸排水管網(wǎng)優(yōu)化的基本思想和方法差別。2．2．1函數(shù)的建立1．重力流系統(tǒng)在初步設計階段，只需要了解管網(wǎng)的總投資，可以采用較簡單的目標函數(shù)。F=minW(Y)：min{芝cl—L)‘2—1’式中P?最優(yōu)解；W-一目標函數(shù)；￡廠一第j管段的費用；厶?一第j管段的管長。當考慮年折舊費用時，可以用以下形式的目標費用函數(shù)：F=min礦(章)=min{蘭(1+e1T
5、)Q—L)‘2_2’式中e廣一管網(wǎng)的年折舊率；卜一投資償還期(a)。在技術設計或施工圖設計階段，需要考慮管網(wǎng)的構(gòu)筑物費用，其目標函數(shù)的形式為：F=rain形(譬)=miIl霞cl—L++蘭q，』)(2--3)i=l扛I式中G廠～第／個構(gòu)筑物的(如檢查井)費用；m?一設計管段數(shù)；Ⅳ一一構(gòu)筑物的個數(shù)。年折舊費用的目標函數(shù)為：F=minW(舅)=millf芝(1+龜即cl，；t+蘭(1+。：r)G，，)c2—4’i=I盧1式中e2～一構(gòu)筑物的年折舊率。2．設有提升泵站的管網(wǎng)系統(tǒng)需要設置提升泵站時，應在目標函數(shù)中增加泵站的基建費用和
6、運行管理費，鄭州大學碩士學位論文第二章排水管網(wǎng)優(yōu)化的基本思想和方法如果管網(wǎng)的目標函數(shù)用毋或彬(i)表示，而泵站的目標函數(shù)用尼或％(譬)表示時，其泵站的年折算費用目標函數(shù)為：E=min％(譬)：min商l+e3DG，。+rA}‘2—5’式中旬?～泵站的年折舊及維修率。c3t一一第k座泵站的基建年折舊費用(元)；蠔～一第k座泵站的運行動力費(元)。當提升泵站設置的位置靠近管網(wǎng)的上游時，泵站的費用乃變小，而管網(wǎng)的費用由于下游大管徑部分的埋深增加而毋變大，所以有提升泵站的排水管網(wǎng)優(yōu)化問題是一個多目標優(yōu)化問題，其目標函數(shù)為：，=min
7、塌+E)(2—6)2．2．2約束條件在進行污水管管網(wǎng)水力計算時，要滿足水力學和設計規(guī)范方面對設計參數(shù)的有關規(guī)定，它們可以概括成如下條件：1．對管徑的要求管徑對水力計算的約束反映在兩個方面，其一是規(guī)定了最小管徑(即可選管徑的下限)，具體規(guī)定是：街坊或廠區(qū)內(nèi)為200ram，街道下面為300ram。其二是管徑的遞增或遞減方式。由于管道規(guī)格的限制，在計算過程中，管徑的遞增或遞減是非連續(xù)或非均勻的；當管徑小于500mm時，管徑的遞增或遞減以50mm為一級，當管徑大于500mm時，則以100mm為一級遞增或遞減。即：Di≥DminDf∈
8、QD覷+，≥功一(O．05～O．10)(研≥O．2～O．5m)口+1≥Di一(0．1～0．2)(D，>10．6m)2．對流量的要求在確定管徑時，應避免小流量選大管徑，故應明確各種管徑對應的最小流速和數(shù)能通過的最小流量，詳見表2．1。當管段設計流量小于某一管徑的最小流量時，只能選小一級的管徑
