基于遗传算法的雨水管网优化设计

摘要

随着社会的发展，城市化进程不断加快和城市的规模不断扩大，新城建设离不开配套的给排水管网工程，因此，对给排水管网进行优化设计是给排水专业一个重要的研究课题。对城市给排水管网进行优化计算，不仅能保证给排水管网运行的可靠性、经济性，还能减少整个工程的投资，具有重要的社会效益和经济效益。　　雨水管网系统图定好后，对其管径坡度进行优化设计，在进行管网优化计算时，需要用到暴雨强度公式，而安庆市的暴雨强度公式还是1981年版的，受近些年来极端天气的影响，暴雨强度普遍增大，已经不能很好的反应本地区的实际降雨情况，因此，对安庆市暴雨强度公式的推求也是本文的一项重要工作。　　遗传算法是一种自适应的启发式及概率性迭代的全局优化算法，具有解决不同问题的鲁棒性、全局性、独立性和可并行性，特别适合参数优化问题和非线性优化问题的求解。本文的主要理论工作有四个方面：城市短历时暴雨P-Ⅲ曲线拟合参数优化、城市短历时暴雨强度分公式参数优化、城市短历时暴雨强度总公式参数优化和雨水管网的管径坡度组合优化问题。这些问题归纳起来主要是参数优化和非线性问题优化求解，因此，非常适合遗传算法来进行求解。　　本文先对安庆市1983~2012年的降雨资料进行分析整理，选用P-Ⅲ型曲线，用优化适线法对原始数据点进行拟合，并用遗传算法对P-Ⅲ型曲线的参数进行优化，使P-Ⅲ型曲线与原始数据点拟合效果最好。从P-Ⅲ拟合曲线上得到2、3、5、10、20、30、50、100共8个重现期下各降雨历时的雨强数据构成P~i~T数据表，再根据P~i~T表，用遗传算法分别优化暴雨强度分公式和暴雨强度总公式中的参数，使拟合的暴雨强度值与P~i~T表中对应的值误差最小，从而得到暴雨强度分公式和暴雨强度总公式；最后将计算得到的暴雨强度公式用在后续的雨水管网优化章节里面，即用该公式计算该区域的设计雨水流量，确保雨水流量准确性，符合现在的气候状况，最后用遗传算法对某个雨水管网的管径和坡度组合进行优化，使整个管网的造价最低。　　本文撰写过程中，对遗传算法的理论方法和程序设计进行了深入研究，借助matlab语言提供的强大计算环境，编写遗传算法程序，并用新数据对安庆市的暴雨强度公式进行推求，得到新的暴雨强度公式，与1981年版的暴雨强度公式相比，新公式对近些年的暴雨情况拟合效果远远高于旧公式。　　最后本文以安庆市某新建城区的排水管网中的雨水管网规划为例，用编写的遗传算法程序对其进行优化，得到了一组最优的管径坡度组合解，经分析，该管径坡度组合解能够符合设计中的要求，效果非常良好。

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第一章 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 雨水管网优化设计方法简介

1.3 本课题研究内容

第二章 雨水管网优化的理论基础

2.1 遗传算法的简介

2.2 遗传操作算子

2.3 遗传算法的运行过程分析：

2.4 遗传算法计算实例

2.5 遗传算法的主要缺点

第三章 基于遗传算法的安庆市短历时暴雨强度

3.1 皮尔逊（K.Pearson）Ⅲ 型分布

3.2 参数估计的方法：

3.3 P-III型曲线拟合

3.4 基于遗传算法的安庆市短历时暴雨强度P-Ⅲ 型曲线拟合

第四章 基于遗传算法的安庆市暴雨强度公式推求

4.1 暴雨强度分公式的推求

4.2 暴雨强度总公式的推求

第五章 基于遗传算法的雨水管网优化设计基础

5.1 雨水管道水力计算

5.2 管网造价基础

5.3 约束条件

5.4 基于遗传算法的雨水管网优化

第六章 基于遗传算法的雨水管网优化工程实例

6.1 工程背景

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

致谢

附录：