微灌系統(tǒng)遺傳算法優(yōu)化設(shè)計理論與應(yīng)用

前言

　　我國是一個干旱缺水嚴(yán)重的國家，人均占有水資源量不足2200m3，約為世界平均水平的30％，而黃河、海河、遼河等主要河流的水資源開發(fā)利用率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國際公認(rèn)的流域水資源利用率40％的危機(jī)警戒線。農(nóng)業(yè)用水占我國總用水量的75.3％，利用方式粗放、用水效率不高、用水浪費等問題十分突出。與國際先進(jìn)水平相比，我國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.45，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家0.7～0.8的水平；我國單方水糧食產(chǎn)量不足1kg，而發(fā)達(dá)國家大體都在2kg以上，以色列達(dá)到2.32kg以上，農(nóng)業(yè)節(jié)水存在著巨大的發(fā)展空間和潛力。通過發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，提高灌溉水的利用率，無疑是解決我國農(nóng)業(yè)用水危機(jī)，緩解我國水資源供需矛盾的有效途徑。從國外和我國各地的實踐經(jīng)驗看，凡是采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，都可獲得十分顯著的節(jié)水增產(chǎn)效果。隨著21世紀(jì)的到來，我國將面臨經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長、人口將達(dá)到16億高峰與水資源十分緊缺的尖銳矛盾。大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高用水效率，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用成為我國必然的戰(zhàn)略選擇?！　∥⒐嗍且环N先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，具有高效節(jié)水節(jié)肥、增產(chǎn)增收、便于管理等優(yōu)點，被世界各國廣泛應(yīng)用，并快速發(fā)展。微灌工程一般需要較高的資金投入，而且大多數(shù)微灌工程需要持續(xù)的能量消耗才能維持正常運行。近年來，我國微灌事業(yè)得到快速發(fā)展，據(jù)2007年7月召開的第七次全國微灌大會統(tǒng)計，我國已發(fā)展微灌近67萬hm2。隨著微灌技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，全國各地在微灌管網(wǎng)工程建設(shè)和運行管理方面的資金投入也將不斷增加。

內(nèi)容概要

本書主要內(nèi)容為微灌毛管的水力解析與優(yōu)化設(shè)計、田問管網(wǎng)的水力解析與優(yōu)化設(shè)計、于管管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，同時對微灌工程中流調(diào)器和變頻調(diào)速器選用的經(jīng)濟(jì)性、可行性及注意事項進(jìn)行了分析，對微灌均勻度計算及其影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)分析與研究，最后通過兩個典型實例對研究內(nèi)容進(jìn)行了驗證，并介紹了應(yīng)用方法與步驟。本書將遺傳算法應(yīng)用于微灌毛管及田問管網(wǎng)的水力解析和優(yōu)化設(shè)計中，建立數(shù)學(xué)模型，提出求解方法，將毛管和支管作為整體進(jìn)行優(yōu)化，提出了微灌毛管及田間管網(wǎng)水力解析和優(yōu)化設(shè)計的新方法。所建立的模型與算法計算精度和搜索效率高、可靠性強(qiáng)、收斂性和穩(wěn)定性好，根據(jù)該方法設(shè)計的算法程序運行時間短，具備很好的實用性和通用性。    本書可為微灌工程技術(shù)的研究與應(yīng)用人員提供基本的優(yōu)化理論與方法，在此基礎(chǔ)上開發(fā)相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計軟件，可供工程的規(guī)劃設(shè)計、運行管理等使用。

書籍目錄

前言1  緒論  1.1  微灌系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的重要意義  1.2  微灌系統(tǒng)的組成  1.3  微灌水力解析的基本方法  1.4  微灌系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀2  遺傳算法基本原理  2.1  遺傳算法概述  2.2  遺傳算法設(shè)計  2.3  遺傳算法的改進(jìn)3  微灌毛管水力解析及優(yōu)化設(shè)計  3.1  毛管水力解析  3.2  單向毛管優(yōu)化設(shè)計  3.3  雙向毛管優(yōu)化設(shè)計  3.4  等流量灌水器毛管的水力解析與設(shè)計  3.5  灌水器優(yōu)選  3.6  灌水器典型值的孔口位置分析4  微灌田間管網(wǎng)的水力解析與優(yōu)化設(shè)計  4.1  田間管網(wǎng)水力解析  4.2  田間管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計5  微灌干管管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計  5.1  樹狀管網(wǎng)優(yōu)化  5.2  微灌管網(wǎng)優(yōu)化6  毛管流量調(diào)節(jié)器、變頻裝置經(jīng)濟(jì)性分析  6.1  毛管進(jìn)口流量調(diào)節(jié)器的經(jīng)濟(jì)性分析  6.2  變頻調(diào)速裝置的經(jīng)濟(jì)性分析7  微灌均勻度計算及其影響因素  7.1  微灌均勻度表示方法  7.2  灌水器工作壓力、地形坡度及流態(tài)指數(shù)與均勻度的關(guān)系  7.3  灌水器間距與均勻度的關(guān)系  7.4  堵塞對灌水均勻度的影響  7.5  流量偏差率與均勻度的關(guān)系  7.6  毛管管徑與均勻度的關(guān)系  7.7  毛管長度與均勻度的關(guān)系8  微灌系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用  8.1  葡萄涌泉灌工程  8.2  棉花滴灌工程參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.2.3輸配水管網(wǎng)　　輸配水管網(wǎng)的作用是將首部樞紐處理過的水流按照要求輸送分配到每個灌水單元和灌水器，包括干管、支管、毛管及所需的連接管件和控制、調(diào)節(jié)設(shè)備。由于微灌系統(tǒng)的大小及管網(wǎng)布置不同，管網(wǎng)的等級劃分也有所不同?！　?.2.4灌水器　　灌水器是微灌系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件，是直接向作物施水肥的設(shè)備。其作用是利用灌水器的微小流道或孔眼消能減壓，使水流變?yōu)樗尉鶆虻厥┤胱魑锔鶇^(qū)土壤中?！　?.3微灌水力解析的基本方法　　微灌系統(tǒng)一般由水源工程、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)、灌水器及測控裝置組成。水利解析主要是針對輸配水管網(wǎng)而言，輸配水管網(wǎng)一般由干管管網(wǎng)和田間管網(wǎng)組成。管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計建立在水力解析基礎(chǔ)之上?！　?.3.1田間管網(wǎng)的水力解析　　田間管網(wǎng)一般由支管和毛管組成，支管和毛管均為多孔出流管，多孔管內(nèi)的流量沿程逐段減少，多孔管水力解析的主要目的是計算多孔管沿程水頭損失、孔口壓力及流量值。校核多孔管孔口出流的均勻度及平均孔口流量，評價田間管網(wǎng)設(shè)計的優(yōu)劣。目前多孔管水力解析的主要方法有多孔系數(shù)法、能坡線法、有限元法、退步法及多孔管特征值法等。

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