给水管网单目标多工况优化设计的研究与应用

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1、摘要为贯彻执行国家“建设资源节约型社会”的发展路线，给水管网的优化设计问题越来越富有战略意义。在满足各种约束条件的前提下，实现管网投资和运行年费用折算值的最小化，一直是给水领域的研究热点之一。现有的给水管网单目标(特指经济性目标)或多目标优化模型，一般都是基于最高日最高时单一工况，没有考虑平均日用水、消防、事故等其它工况，所得的优化结果往往不能满足其它工况下的特殊约束条件，不具有全局可行性，因此不属于全局优化范畴；另外，除了经济性目标以外，其它目标均是难以量化的，因此建立多目标优化模型的条件尚未成熟；再者，虽然进行管网水力、水质模拟的软件很多，但尚未出现一种专门进行给水管网优化设计

2、的通用软件。据此，建立给水管网单目标多工况的优化设计模型，并开发一种通用的给水管网优化设计软件是一项具有现实意义和经济效益的研究课题。本文分别从给水管网优化设计模型和模型的求解算法两方面展开，介绍了各自的发展历史和研究现状，在国内外已有研究的基础上，提出了在满足管网各个用水工况不同的约束条件基础上，以管网造价和泵站运行费用之和的管网年费用折算值最低为单一目标的给水管网单目标多工况优化设计数学模型，并利用排序选择的遗传算法求解该模型。通过一个简单的给水管网算例，提出了进行给水管网单目标多工况优化的必备条件和假设前提，并建立起了一套给水管网单目标多工况的优化流程，将这一流程应用到一个工

3、程实例管网，达到了较为满意的优化效果。根据给水管网单目标多工况优化模型和排序选择的遗传算法理论，基于改进的EPANET2．DLL开发工具——My既坩姬T2．DLL，在VC++6．0平台下开发了给水管网优化设计软件WDNOAl．0。该软件采用面向对象的数据结构和DAO数据访问对象的设计方法达到了与MicrosoftAccess2000数据库的无缝连接，具有界面友好、支持多种文件格式(．1NP和．WDN)、计算速度较快等优点，具有较好的应用前景。关键词：给水管网，优化设计，单目标多工况优化模型，遗传算法，排序选择，软件设计ABSTRACTAimingforthetargetofthec

4、ountry”buildingaresource·鼢vingsociety”，theproblemofhowtobuildawaterdistributionnetworkoptimallytakesamoreandmorestrategicposition．Ithasbeenoneoftheresearchhotspotsformanyyearstoseektheoptimalway,inwhichtheannualconvertedexpenditureincludingpipeinvestmentandpumpoperationistheleast,tobuildawater

5、distributionnetworkunderavarietyofrestrictiveconditions．Existingwatersupplynetworkoptimizationdesignmodels，eitherbysingle-objective(EconomicObject)01"bymulti·objective，aregenerallybasedonthesin#epeakscenario，withoutconsideringtheaverage，fire，accidentandother黜-qlarios．Astheoptimizationresultsfr

6、omthesemodelsofIendonotmeetthespecialconditionsboundoftheotherscenariosandsodonothavetheoverallfeasibility,itdoesnotbelongtoglobaloptimization；Inaddition,objectivesaredifficulttoquantifyexceptforthefinancialone，therefore，theconditionsforestablishingamulti—objectiveoptimizationmodelarenotyetrip

7、e；Furthermore，thereisavarietyofnetworkhydraulicandwaterqualitysimulationsol,wares，butwithinthesethereisnotyetacommononedevotedtonetworkoptimaldesign．Accordingly,itisverypracticalandcost-effectivestudytoestablishawatersupplynetworkoptimi