基于枚舉法和遺傳算法的農(nóng)田灌溉管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、我國是一個水資源嚴(yán)重缺乏的國家，水資源總量雖然位居世界第六位，但過多的人口導(dǎo)致水資源人均占有量僅為世界人均占有量的1/4，水資源的匱乏已嚴(yán)重制約著我國工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，成為限制我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的瓶頸。在水資源缺乏的情況下，水體污染、水資源浪費(fèi)現(xiàn)象日益增多，進(jìn)一步加劇了水資源供需矛盾和緊缺程度。
　　我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)用水量居各行業(yè)之首，占全國總用水量的63％左右，而灌溉用水量又占農(nóng)業(yè)總用水量的90%以上。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國農(nóng)

2、業(yè)與水資源短缺矛盾越來越尖銳，許多地區(qū)粗放的灌溉方法和落后的灌溉技術(shù)已不再適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的要求。目前急需解決的問題是在水資源有限的情況下，高效利用農(nóng)業(yè)用水，在保證糧食安全和可持續(xù)增產(chǎn)的前提下，減少農(nóng)業(yè)用水損耗。這就需要我們大力發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，充分挖掘農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水潛力，提高農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)，緩解我國用水危機(jī)，解決水資源供需矛盾。發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，管道輸水是重要途徑之一。而在以往的工程設(shè)計(jì)中，管道多沿著田間路布置，管徑大多根據(jù)水源地供給的水

3、量確定，設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)不一致，有關(guān)設(shè)計(jì)主要憑經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)進(jìn)行，缺乏方案優(yōu)化比選，工程設(shè)計(jì)規(guī)劃難以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，致使工程成本和能耗增加，且過高的灌溉供水成本使農(nóng)民難以支付，水費(fèi)征收困難，導(dǎo)致實(shí)際水價遠(yuǎn)低于成本水價，嚴(yán)重制約了灌區(qū)的運(yùn)行和發(fā)展。
　　本文的研究對象是小型農(nóng)田水利工程灌溉管道系統(tǒng)，在綜合分析國內(nèi)外有關(guān)管網(wǎng)優(yōu)化的研究和最優(yōu)化理論技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對目前灌溉管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)存在的問題和不足，以管長、管徑、水泵揚(yáng)程為決策變量，以灌

4、溉供水成本最低為目標(biāo)函數(shù)，建立了小型農(nóng)田水利工程灌溉管道系統(tǒng)的非線性優(yōu)化模型，分別進(jìn)行了管網(wǎng)布置優(yōu)化和管徑優(yōu)化。管網(wǎng)布置優(yōu)化時，結(jié)合設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際，根據(jù)單點(diǎn)供水原則，采用枚舉法進(jìn)行優(yōu)化，并采用CodeBlocks軟件編寫了C++程序。在此基礎(chǔ)上采用遺傳算法對管徑進(jìn)行優(yōu)化，采用整數(shù)編碼方法，得到各管網(wǎng)布置方案下的最優(yōu)管徑組合及水泵揚(yáng)程，得到的管徑為標(biāo)準(zhǔn)商用管徑，避免了管徑不連續(xù)導(dǎo)致的優(yōu)化結(jié)果的偏差，然后選擇出灌溉供水成本最低的方案