基于实数编码的加速遗传算法在水闸消力池设计中的研究应用-论文.pdf

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1、2014年第9期江苏水利基于实数编码的刀口速遗传算法在水闸消力i也设计【l】的研究应用房凯1诸晓华2冯英艳3o消力、池底板顶面算=水利工工程程勘测设计十中中设计水k闸能；2(、、V厂ghc一1¨D，等水工建筑物消力池时，求解消力池一下游尾水深；(3)池深方法分为两步：第一步，先利用一收缩水深，^”为跃后水深；令6·=6：，计算出”，若h／'>h，则试算法试算出收缩水深，由^计算，一消力池长度；需设消力池，否则不需设。出与其共轭的跃后水深”，在跃后d一消力池池深。式中：水深ho"大于下游尾水深九条件下，针对消力池池深计算过程，构造bl,6厂分别为消力池水平段首设置消力池，

2、否则不需要设置；第二两个非线型规划模型如下。端底宽和末端底宽。步，进行消力池池深的计算，由第一(1)判别是否需要设消力池在本步骤中，收缩水深h需要试步中”计算出池落差△z，则可得第常规方法是：由式：算求解。将式(2)构造成非线性规划一次池深d，再以To+d作为新的上游一Ⅳ+旦(1)模型如下。总能头，试算出hc,重新计算h／，，进行⋯⋯目标函数：第二次迭代，直到连续两次迭代的池计算出上游总能头，再由式：ming(^)：Ihc~+To2+磐l黑国暇墨设兰计竺：塞度要求p可将其作为"+}_0)约束条件：。≤≤^。试算出ho,虿：式中‘：⋯⋯⋯⋯可见，在此过⋯程中。需多次试、⋯

3、算一和⋯‘迭代，计算量大且精度不易保证，不便在生产实践中应用推广。笔者将其归结为两个非线性问题，利用新型优化算法——基于实数编码的加速遗传算法求解池深，结果表明，本方法精度高，方便可行。1模型的建立水闸消力池断面示意如图1，图中参数：日一闸前水深；VO一上游行近流速；一闸前总水头；作者简介：房凯(1984一)，男，硕士研究生，工2014年第9期江苏水利池池深和对应的收缩水深h。为2孔拱涵，单孔净宽1．5m，高1．6非线性规划模型如下：m，配套30kN启闭机，橡胶止水混凝目标函数：土闸门。宝墩闸为拆建工程，规模为2minf(do，h)孔1．5x1．5箱涵，配套50kN侧摇

4、螺Otq2一杆式启闭机，采用铸铁平板闸门，主=一⋯番)]要功能是引水灌溉。(6)已知该闸闸前水位l2．5m，闸底约束条件：≤do≤d2；l≤≤2板顶高程10．0m，消力池底板顶高程在本文中，笔者只介绍利用加速9．5m，出池河床底高程l0．0m，出池遗传算法求解消力池池深和对应河床水位高程10．5m，闸前水流速的收缩水深h的步骤。求解步骤如0．56m／s，消力池首段宽度3．5m，消下[2]：力池末段宽度7-3m，通过水闸流量步骤1：变量编码。生成n个[0，1]4．2m／s，水流出池时流速系数0．95，上的随机数yi=(1，2，⋯，n)作为初水流动能校正系数1．00，水跃淹

5、没始个体，利用线性变换：系数1．05，水跃长度校正系数0．7。消dl+yz)能设计采用深挖式消力池的布置形【、(7)式。。=1+，，(^2一。1)问题将优化变量d、h取值范围3．2利用加速遗传算法求解水闸消统一在[0，1]区间内，并直接对优化力池池深变量do、h的基因形式进行各种遗传解决方案：给定池深、收缩水操作。深h的优化范围为[0．1，5]，在实际步骤2：父代群体的初始化。生成操作中优化变量和h的变化区间n组[0，1]区间上的均匀随机数，即并无严格的限制，只要包括最优解即uii(1，2，⋯，n；=1，2)，把M作为初可。利用编制的程序进行优化计算，始群体的父代个体值

6、Y，把Yi代入式选取父代种群数为300，迭代次数为(7)得优化变量值do、h再将do、h30，计算过程分两步。代入式(6)得到相应的目标函数值第1步，判断是否需要设置消力厂(d。，h)，并按从小到大排序。池。利用加速遗传算法求解第一个非步骤3：父代群体的适应度评价。线性模型，计算收缩水深h。计算：To目标函数值f(do，hc)值越小，表示该=12．5—9．5+0．56／2／g=3．02m，q=qo／b=个体的适应度值越高，其解离最优解1．2in／s就越接近。目标函数：步骤4：子代个体生成。根据厂(do，ming(h)=^)计算各个体的选择、杂交和变异概Ihc3-s．02

7、×hz+l率，并对上述初始个体进行选择、杂交约束条件：0．1≤≤5和变异操作，共获得3个子代个体。利用VisualFortran进行编程，计步骤5：演化迭代。由前面得到的算得到：=0．169ITI，hcrt-1．03m，g(h)3n个子代个体得到3个目标函数值f(do，h)值，将其按从小到大排序，取=1．4E一17<1．0E一14，h／>=10．5—10．0=0．5m，故需要设置消力池。而工程设排在最前面的n个子代个体作为新计报告的试算结果为：h=0．18m，h”=的父代群体，算法转到步骤3，进行下0．99m，可见两种方法结论一致。一轮演