基于改进NSGA-Ⅱ算法的加压滴灌管网优化设计

【目的】加快滴灌管网技术快速普及,提高管网系统的经济性与可靠性。【方法】以单位面积成本最低为经济目标,以不利节点的富余水头方差为可靠性目标,并考虑实际管网工程投资中的折旧费与运行管理费用建立加压滴灌管网优化设计数学模型,开展优化设计。以新疆某大型灌区内某加压滴灌管网系统为例,采用改进NSGA-Ⅱ算法方法与NSGA-Ⅱ算法对其进行优化。【结果】改进NSGA-Ⅱ算法的Pareto前沿解优于NSGA-Ⅱ算法;相同单位面积成本费用下,改进NSGA-Ⅱ算法求得的管网系统可靠性更高;经50次独立计算,改进NSGA-Ⅱ算法的均匀性指数(0.371)低于NSGA-Ⅱ算法的均匀性指数(0.404);基于改进NSGA-Ⅱ算法求解得到的单位面积成本费用为792.92元/hm^(2),较原工程方案的单位面积成本费用851.89元/hm^(2)降低了6.92%。不利节点的富余水头方差从0.15降至0.06。【结论】改进NSGA-Ⅱ算法的探索能力较NSGA-Ⅱ算法强,能够提供更优的解决方案,得到的优化方案能够同时提高管网系统的经济性和可靠性。

基于混合和谐搜索算法的自压滴灌田间管网多目标优化设计

为了综合考虑管网投资和水压分布,合理进行管网布置和管径选择,以满足管网的经济性和可靠性,使自压滴灌管网系统达到投资最低和灌水均匀度最高的目的。以管网投资最低(管网经济性)和节点富余水头均值最小(管网可靠性)为目标,建立了自压滴灌“梳子”形和“丰字”形田间管网系统的多目标优化数学模型,提出了混合和谐搜索算法求解多目标优化模型的方法和步骤。以新疆某自压滴灌工程为例,采用该方法对其田间管网系统进行优化,优化方案的管网总投资为47.63万元,与原设计方案相比降低了9.86%;管网节点富余水头均值为8.87 m,与原设计方案相比降低了28.37%。该优化设计方法得到的优化结果,不仅节省投资明显,而且节点富余水头均值显著减小,说明管网系统的压力偏差小,灌水的均匀度显著提高。优化结果表明,混合和谐搜索算法收敛速度快,计算精度高,在自压滴灌管网的多目标优化设计中具有很好的应用价值。

自压灌溉管网输水干管阀控关键参数模拟研究

为了消除灌区规模化输水管道的关阀水锤影响,保证输水管道安全运行,本研究针对灌区输水管道中关阀水锤的特点,以新疆克拉玛依某农业灌区输水管道为例,基于水锤计算基本理论,通过数值计算模拟不同进排气阀参数起到的防护效果,并对大口径、大流量管道关阀时间规律进行数值模拟。结果表明:安装14个进排气阀可以保证管道正常关阀且不出现负压,在首端弯折处桩号(k0+066)安装5个进排气阀形成进排气阀组,在桩号(k0+562)处安装3个进排气阀形成进排气阀组,在距管线约1100 m处安装1个进排气阀;当管道流量在0.5~6.0 m^(3)·s^(-1)时采用一阶段线性关阀,在6.0 h内可以关闭;在6.0~10.0 m^(3)·s^(-1)时采用两阶段关阀,前三分之一时间快关阀门,随流量增加,快关角度从70%降低到50%,关阀时间从6.0 h增加到9.0 h,可以消除管道负压。研究表明,合理设置进排气阀,能够有效消除自压灌溉管网输水干管关阀水锤危害,配合合适的关阀操作,可以实现自压灌溉管网输水干管安全高效运行。

轮灌条件下的灌溉管网优化设计

在灌溉输配水管网的设计中,不同的灌溉工作制度会在管网中产生不同的流量分配模式,直接影响管网工程总的投资。本文研究在轮灌工作制度下灌溉管网优化设计,提出了将轮灌组的划分也进行优化,用基于整数编码的遗传算法进行优化,通过VB和Matlab混合编程来实现。计算结果表明提出的方法优化结果明显,可以应用于生产。

灌溉管网优化设计方法与软件的研究进展

分析了国内外灌溉管网优化方法的研究历史和现状,探讨了遗传算法等新型算法在管网优化中的应用及灌溉管网优化设计软件的研究进展,预测了其未来的研究方向。指出未来研究将在应用遗传算法、模拟退火算法、神经网络及其混合算法等新型优化计算方法的基础上,加强管网优化布置、管网经济性和运行可靠性等方面的研究;预测了综合利用可视化语言、CAD、GIS等多种成熟商用软件及决策支持系统、专家系统等方面的研究成果,研发基于用户偏好信息且具有较强优化功能和人工干预能力的集成化、组件式灌溉管网优化设计软件将会得到较快发展。

智能泵站PLC远程控制系统设计

智能泵站PLC远程控制系统采用现地控制设备PLC、无线通讯模块(智能远程控制终端)、YunPLC平台(公网云服务器)、上位机有机结合的方案。根据操作功能和无线传输等需求,搭建硬件系统和软件系统。系统可远程下载PLC梯形图程序;可通过OPC客户端组态软件、PC端/手机网页、手机短信、IOS、安卓手机APP等方式,实现远程监控智能泵站的功能。也可通过操作触摸屏等本地控制方式监控智能泵站。结合变频器多段速等节能技术,实现不同台位地块灌溉分频率运行。实现泵站远程监控、高效运行,减少操作劳动强度,改善操作维护人员的工作环境。

基于组合遗传算法的树状管网整体优化设计模型

在灌溉输水系统管网工程的规划设计中,管网布置、水量分配和管径组合是影响管网工程总投资的主要因素。针对树状管网规划优化设计的实际需求,提出了在考虑系统工作制度条件下基于单亲遗传算法和基于整数编码遗传算法的3级优化方法。在用单亲遗传算法对树状管网布置进行优化,得出符合设计要求的若干个管网总长度最短或次最短的布置方案基础上,进一步采用基于整数编码的遗传算法对不同灌溉工作制度条件下管径进行优化,并从经济角度对所选择布置方案的优劣性进行评价,最后选择管网总长度最短且管网投资较小的布置方案作为工程建设采用的最优布置方案。通过工程实例验证分析,提出的组合方法可以进一步使管网系统达到整体的优化,使管网在满足规范设计要求的同时明显降低工程总投资。

微灌毛管环状和树状布置对灌水均匀性的影响

为了提高微灌灌水质量,通过试验分别研究了毛管进口压力、长度、管径和滴头流量对毛管环状管网和树状管网灌水均匀度及其流量偏差率的影响。结果表明:两种管网结构下灌水均匀度均随毛管进口压力和毛管管径的增大而增大,随毛管长度和滴头流量的增大而减小,且相同条件下环状管网的灌水均匀度比树状管网高1%～2%;本试验条件下环状管网流量偏差率基本保持在20%以内,而树状管网流量偏差率则大于20%;环状管网灌水均匀度、流量偏差率随各因素变化的幅度小于树状管网。通过方差分析可得,毛管管径对两种管网灌水均匀度、流量偏差率影响均显著,滴头流量仅对树状管网灌水均匀度影响显著。所以,在微灌工程设计中可考虑采用毛管管网环状布置形式。

灌溉管网优化研究现状与展望

分析了灌溉管网系统优化研究的现状,论述了管网优化常用算法的特点及其适用性,并根据灌溉 管网的特点从不同方面提出了一些看法和观点。

大规模灌溉管网的发展分析研究

管道输水灌溉是节水灌溉技术的主要发展方向之一。目前,我国关于灌溉管网的技术经济研究、现行国家标准规范及实际灌溉工程主要针对管网控制面积在80hm2以下,系统工作压力在0.4MPa以内的灌溉区域。随着我国经济水平的迅速提高和科学技术的快速发展,特别是农村土地扭转、农业规模化经营发展的政策需求,管网的控制面积正在逐步增大。然而,关于更大规模灌溉管网的技术性、经济性的相关报道尚且较少。因此,针对大规模灌溉管网建设中所存在的问题进行了分析,并针对所存在的问题提出了解决思路。

江苏地区农田低压管道输水灌溉工程技术模式研究

根据江苏地区自然条件的差异,将管道推广应用地区划分为平原、河网圩区和丘陵岗坡3个区域。针对江苏地区低压管道输水灌溉工程技术的特点和要求,提出不同分区的包括水源、管系、田间工程等完整的农田低压管道灌溉工程技术集成模式,并给出不同技术模式下的田间管网工程适宜布置形式。

基于最小生成树模型的树状灌溉管网的优化设计

针对灌溉管网优化中的管网布置和管径选择问题,以追求管网投资最小为目标,采用结合设计者工程经验的Kruskal算法生成符合工程要求的灌溉管网最小生成树。将管网中的线路根据节点之间的距离进行边权赋值,参与最小生成树求解,保证算法的可用性,并与相关生成树算法进行比较。实例研究表明,该方法能克服局部最优解的缺陷,能快速求解符合工程实际的树状管网布置和管径。

滴灌支管轮灌模式中管网布置形式的改进研究

为了提高现行规模化滴灌工程系统的经济性、操作性和机械化水平,本文以支管长短管布置形式代替等距布置对现有滴灌支管轮灌模式下管网的布置进行改进研究。结果表明:支管长短管布置形式减少了大口径管材管件用量和地埋管路的长度,平均每公顷可减少管网成本和土方工程费用分别为202.5元和37.5元;管网布置形式改进后,田间出水管相对集中,分布密度减少一半,同时可节地约0.3%。此外,改进管网布置形式有利于减少管网工程施工的工作量和管材的损耗量,且管网结构更便于施工。因此,长短管布置形式是更适合于滴灌支管轮灌模式的管网布置形式,可应用于规模化滴灌工程。

滴灌系统CAD管网布置模型及应用

分析了滴灌系统田间管网布置的特点,提出了用于滴灌系统CAD的管网布置模型,并借助通用软件包二次开发的方法,建立了基于这一模型的管网布置算法(PIPE算法)。该算法包含了管网逻辑单元的移位、求交、属性数据操作等基本特征。应用该模型及相应的算法,可以在CAD支撑软件中完成灌溉管网的CAD二次编程,从而生成可定制的可视化人机交互环境,实现滴灌管网各种形式的快速布置,提高滴灌系统规划设计的效率。该研究结果对其他灌溉方式管网布置也具有一定的借鉴作用。

微喷带灌溉田间管网工程应用模式研究

合理布置管网是微喷带灌溉工程效益发挥的基础,结合工程实践,对微喷带单控轮灌模式(SH)、辅管轮灌模式(AP)和支管轮灌模式(BP)的布置形式和适用条件进行了分析。结果表明:SH模式单位面积投入低,结构简单,适用于小面积微喷带灌溉;AP模式既具有经济性,又兼顾了机械化作业,同时还不受种植结构调整影响,适用于面积较大的地块;BP模式系统设备使用寿命长,后期投入少,适用于大面积、规模化节水灌溉工程。

基于蚁群算法的灌溉管网布置与管径优化设计研究

将蚁群算法引入到灌溉管网设计当中,综合考虑管网设计的经济性条件和运行性条件,通过MATLAB软件编程求解,研究了不规则树状管网的布置及管径同步优化设计。实例应用结果表明,该优化方法拥有较为广阔的应用空间,可以用于实际生产。

基于嵌入式的农田灌溉管网漏损智能无线监测系统设计

农田灌溉对于提高农作物产量具有重要作用,灌溉管网漏损实时在线监测对提升农田用水效率具有积极的现实意义。本文设计基于嵌入式的农田灌溉管网漏损智能监测系统,通过压电加速度传感器、压力变送器和超声波流量计等传感器信号采集,获取农田灌溉管网的振动噪声、水压和流量等数据,通过嵌入式单片机自适应滤波处理后,应用4G无线数据通信模块,将传感器采集的数据传输到云平台,云平台应用管理软件系统对灌溉管网监测数据进行实时处理和分析,从而准确确定灌溉管网漏损情况。试验结果表明,在非灌溉时间测试管网漏损状态,系统能够有效采集噪声、水压和流量等传感器数据,噪声数值超过预警值80 dB并进行报警。数据在无线网络中传输稳定高效,数据无线传输延时小于1.8 s。云平台应用管理软件系统功能正常,数据查询平均响应时间小于1.2 s。系统部署实施快捷,可广泛应用于农田灌溉管网运行状态实时监测,有效提高农田灌溉用水效率进而实现用水精细化管理。

蓄水灌溉管网水力性能试验研究

为蓄水灌溉田间应用提供理论依据,试验对不同管网的水力性能进行了试验研究。结果表明:随着供水管径的减小,各出水口的流量偏差率在逐渐增大,但对于同一管径的供水毛管,流量偏差率均随着供水压力的增大而逐渐减小。在相同供水时间内,蓄水袋的容量随着供水管口径、供水压力的增大而增大,并基本呈线性变化关系。蓄水袋的最大实际蓄水量与系统的供水压力有关,与供水管口径的关系不明显,提出当蓄水袋的供水管口径为Φ5 mm时较合适。

树状低压输水灌溉管网线性规划优化模型及其求解

针对当前南方地区大规模低压管道输水灌溉管网规划设计中存在的技术难点,建立以管道输水灌溉系统的年费用最小为目标函数的树状管网优化线性规划模型,并将内点法应用于模型求解,取得了良好的效果。

微灌田间管网支毛管优化设计探讨

本文以单位面积管网造价最小为目标，导出了平地田间管网优化设计模型及支毛管压力差分配比例，可供微灌管网设计及灌水单元划分和支毛管布置等参考。