平原水库多效应耦合优化设计

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1、中国农村水利水电·２０１５年第６期１０５文章编号：１００７－２２８４（２０１５）０６－０１０５－０４平原水库多效应耦合优化设计周广发，刘福胜，赵井辉，韦梅（山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安２７１０００）摘要：引入“安全可靠、生态优先、经济最优”的概念设计原则，以水库设计水位、土体性质、计算风速、边坡粗糙率、年蒸发量和生态目标等级等因素为变量，单位立方米供水成本最低为目标函数，水库安全和生态友好为约束条件，建立面向安全、生态、经济多效应耦合的平原水库优化设计模型。并采用遗传算法计算出了双王城

2、水库的优化参数，对围坝形式和防渗形式对单位立方米供水成本的影响进行了比较，结果表明：多效应耦合的平原水库优化模型具有良好的收敛性和全局寻优能力，且在最优设计工况下正方形围坝供水成本比圆形围坝供水成本低，库底铺膜防渗形式造价较高。关键词：平原水库；多效应；耦合；优化模型；遗传算法＋中图分类号：ＴＶ６２１文献标识码：ＡＭｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔＣｏｕｐｌｉｎｇＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＰｌａｉｎＲｅｓｅｒｖｏｉｒＺＨＯＵＧｕａｎｇ－ｆａ，ＬＩＵＦｕ－ｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＯＪｉｎｇ－ｈ

3、ｕｉ，ＷＥＩＭｅｉ（ＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉ＇ａｎ２７１０００，ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ“ｓａｆｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｉｏｒｉｔｙ，ｅｃｏｎｏｍｉｃｏｐｔｉｍａｌ”ｉｓＩｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｅｒｍｓｏｆｒｅｓｅｒ－ｖｏｉｒｗａｔｅｒｌｅｖｅｌ

4、，ｓｏｉｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄｓｌｏｐｅｏｆｒｏｕｇｈｒａｔｅ，ａｎｎｕａｌｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｔａｒｇｅｔｌｅｖｅｌｆｏｒｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅ，ｕｎｉｔｏｆｃｕｂｉｃｍｅｔｅｒｓｏｆｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｃｏｓｔｍｉｎｉｍｕｍａｓｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｓａｆｅｔｙａｎｄｅｃｏ－ｆｒｉｅｎｄｌｙｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒａｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｅｓ－ｔａｂｌｉｓｈａｐｌａｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉ

5、ｏｎｄｅｓｉｇｎｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｅｃｏｌｏｇｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｙ．ＧｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅＳｈｕａｎｇＷａｎｇｃｈｅｎｇＲｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄａｍｔｙｐｅｓａｎｄａｎｔｉ－ｓｅｅｐａｇｅｐａｔｔｅｒｎｏｎｔｈｅｕｎｉｔｏｆｃｕｂｉｃｍｅｔｅｒｓｏｆｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｃｏｓｔｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ，ｔ

6、ｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｌａｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔｃｏｕｐｌｉｎｇｈａｓｇｏｏｄｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｄｇｌｏｂａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ，ｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｃｏｓｔｏｆｓｑｕａｒｅｄａｍｓｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｒｏｕｎｄｄａｍ＇ｓ，ｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｂｏｔｔｏｍｐａｖｉｎｇｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｅｐａｇｅｃｏｎ

7、ｔｒｏｌｃｏｓｔｉｓｈｉｇｈｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｍｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔ；ｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｍｏｄｅｌ；ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ［２－４］我国水资源短缺，加之水资源时空分布不均、水土资源分浅、坝高不合理、筑坝土料土质颗粒细和无效蒸发严重等布不匹配，水资源已成为制约中国社会经济可持续发展的重要缺点，同时由于设计中考虑的因素不够系统、科学、全面，远没［１］。虽然我国建立了多座平原水库，发挥了巨大作用，但因素有达到优化设计状

8、态。国内外很多专家学者虽然对平原水库［５，８］，但对于平原水库多效应耦合的优化设计是，目前仍不能满足需求，为解决用水危机，还要新建大量平原进行了大量研究水库，而我国已建成的平原水库，普遍存在库区面积大、水深缺乏系统的理论和研究，部分研究仅通过优化坝体断面或其他方面而减少工程量来达到节省投资的目的。笔者引入“安全可靠、生态优先、经济最优”的概念设计原则，以单位立方米供水收稿日期：２０１４－０８－２８基金项目：山东省重大水利科研及技术推广项目成本最低为目标建立面向安全、生态、经济多效应耦合的平原（Ｓ