供水管網(wǎng)改造多目標(biāo)優(yōu)化理論研究與應(yīng)用.pdf

1、我國(guó)供水管網(wǎng)改造問題既有其普遍意義，也存在著獨(dú)有的特點(diǎn)，雖然供水管網(wǎng)改造問題長(zhǎng)期以來，一直是供水領(lǐng)域的一個(gè)主要研究方向，但是研究思路拓展不夠，借鑒相關(guān)領(lǐng)域的研究成果較少，研究的問題主要局限于優(yōu)化改造模型的建立方法及求解方法上，沒有對(duì)模型建立的前提條件（如管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)分析結(jié)果、工況分析結(jié)果等）進(jìn)行很好的研究。同時(shí)，傳統(tǒng)的供水管網(wǎng)優(yōu)化改造模型為單目標(biāo)優(yōu)化模型，單目標(biāo)模型的不足表現(xiàn)在兩方面：一是模型本身的缺陷、二是求解方法的缺陷。
　　

2、針對(duì)上述問題，本文著重從供水管網(wǎng)優(yōu)化改造的決策變量選取、多目標(biāo)優(yōu)化模型的建立及求解兩個(gè)方面入手，進(jìn)行深入的研究。通過將管段老化統(tǒng)計(jì)學(xué)模型、網(wǎng)絡(luò)可靠度計(jì)算、多目標(biāo)優(yōu)化模型建立及求解理論引入供水管網(wǎng)優(yōu)化改造問題的解決體系當(dāng)中，從而將管網(wǎng)優(yōu)化改造問題的優(yōu)化內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展與完善。完整的建立從決策變量的科學(xué)選取、多目標(biāo)優(yōu)化模型的建立至多目標(biāo)優(yōu)化模型求解的一套系統(tǒng)的管網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化改造方法。
　　在決策變量選取階段通過管段老化統(tǒng)計(jì)學(xué)模型、供水管網(wǎng)

3、可靠度計(jì)算理論及供水管網(wǎng)工況分析方法的應(yīng)用，科學(xué)、合理的進(jìn)行決策變量的選取，為優(yōu)化改造模型的建立提供一個(gè)優(yōu)良的基礎(chǔ)，將改造過程中的經(jīng)驗(yàn)性方法由科學(xué)方法代替。針對(duì)供水管網(wǎng)改造傳統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化模型的缺陷，本文將供水管網(wǎng)優(yōu)化改造問題利用多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行描述，增強(qiáng)了模型的客觀性、合理性。同時(shí)采用改進(jìn)型非控制排序遺傳算法（NSGA-II）對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解?？朔瞬捎脵?quán)重系數(shù)或懲罰函數(shù)帶來的不確定因素。通過對(duì)NSGA-Ⅱ算法引入人工誘導(dǎo)基因

4、變異算子，大大加快了種群的收斂速度，使得種群在進(jìn)化初期便收斂至解的可行域內(nèi)，通過接下來的進(jìn)化尋找問題的全局最優(yōu)解。不僅改善了算法的計(jì)算效率而且增加了算法的搜索廣度，提高了算法的計(jì)算效果。
　　另外，本文對(duì)于對(duì)供水管網(wǎng)優(yōu)化改造問題求解起輔助作用的技術(shù)：供水管網(wǎng)數(shù)字化管理、供水管網(wǎng)微觀水力模型自動(dòng)簡(jiǎn)化技術(shù)，也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难芯?。?duì)供水管網(wǎng)專用 GIS組件式開發(fā)進(jìn)行了嘗試，通過利用組件式開發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)了供水管網(wǎng)專用 GIS的快速、高效二次

5、開發(fā)，為供水管網(wǎng)優(yōu)化改造的實(shí)現(xiàn)，打造了一個(gè)數(shù)字化的平臺(tái)。通過對(duì)供水管網(wǎng)微觀水力模型自動(dòng)簡(jiǎn)化方法的研究，實(shí)現(xiàn)了精簡(jiǎn)管段、節(jié)點(diǎn)，同時(shí)最大限度的保持簡(jiǎn)化前后模型平差結(jié)果一致性的目的。在簡(jiǎn)化管網(wǎng)節(jié)省計(jì)算時(shí)間的同時(shí)又很好的保存了原始管網(wǎng)的拓?fù)湫畔ⅰＭㄟ^對(duì)供水管網(wǎng)微觀水力模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,既可以突出需要解決的問題，而且對(duì)于提高問題求解的速度和提高解的合理性都有積極的意義。
　　最后，以一個(gè)具有典型代表性的管網(wǎng)優(yōu)化改造工程案例對(duì)文中提出的供水管網(wǎng)多