基于GIS的城市供水管网优化设计与应用

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随着现代城市规模的不断增大,供水管网管线的长度和复杂度也日益增加。供水管网的建造、维护、运行费用已经占到了整个管网系统投资的百分之七十到八十。同时居民生活水平和工业生产效率的提高,对供水系统可靠性也提出了严格的要求。给水管网管径的设置和提高经济性、可靠性指标之间有密切的关系,因此,供水管网的优化设计就有十分重要的研究意义。本课题主要对供水管网的管径组合进行优化。由于管网规模庞大、结构复杂,管网基础数据的输入十分繁琐,所以将GIS系统和管网优化结合起来。通过GIS系统可以快速的获取基础数据,对数据进行管理和修改,并且可以直观的显示优化结果,大大缩短设计周期。本文所建立的优化模型涵盖了管网的经济性指标和可靠性指标,通过节点富余水头的加权平均值来表征管网的可靠性。将建造、维护、运行费用和节点富余水头纳入到目标函数,在保证管网经济性和使用要求的情况下,提高了管网的可靠性。然后采用自适应遗传算法,将设计变量进行编码,然后通过选择、交叉、变异等过程不断提高个体的适应度值,直到获得最优解。在此过程中,通过精英保留策略和自适应的改变交叉率、变异率,使算法的性能得到了改善。最后通过实际的工程案列,比较了传统的设计方法(经济流速法)和遗传算法优化方法之间的优劣,说明了遗传算法在管网优化方面具有实际的意义。
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