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水利工程论文-高维动态规划试验选优及其在大型渠道工程系统设计中的应用.doc

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水利工程论文-高维动态规划试验选优及其在大型渠道工程系统设计中的应用.doc

水利工程论文-高维动态规划试验选优及其在大型渠道工程系统设计中的应用摘要:本文用高维动态规划模型进行大型渠道工程系统的优化设计,提出了高维动态规划的试验选优方法,使高维动态规划问题的求解成为可能.关键词:动态规划高维优化方法渠道工程目前,动态规划的“维数灾”问题受到计算机高速存储量和计算时间的限制,在求解高维问题时,常遇困难.近40年来,各国学者对动态规划的计算方法进行了多方面的探索,提出了各种方法,如旨在减少维数的拉格朗日乘子法[1]、动态规划逐次渐近法[2],聚合法[3],旨在减少离散状态数的离散微分动态规划法[4]、双状态动态规划法[5]、状态增量动态规划法[6]和不离散状态直接求解以减少计算量的微分动态规划[7](要求目标函数、约束条件三阶可微)以及H.R.Howson等人1975年提出的以减少阶段数为手段的渐进优化法[7].这些方法虽然一定程度上减轻了“维数灾”,但进展并不很大.作者在对大型渠道工程系统优化设计研究时也遇到了这些问题,本文另辟其径,采用文献[8—12]中的系统试验选优基本思想,来求解高维动态规划问题,则可在该领域内取得突破性的进展.1大中型渠道工程优化设计的高维动态规划模型及求解方法1.1大中型渠道工程优化设计的高维动态规划模型文献[13]提出了大中型渠道工程系统的定性定量混合系统动态规划模型,模型的决策变量为各渠段纵坡(Ii)和各渠段的定性方案(Si),目标函数为工程计算分析期内的总支出费用,并考虑首末水位、不冲不淤、渠道最小水位衔接和工程总投资约束.为了进一步提高模型决策的精度,在文献[13]的模型基础上,再考虑以下约束:(1)填挖土方量约束.若获得满足约束条件,且使文献[13]目标函数最小的解,而渠道工程的填方量大于挖方量,附近又没有土方资源,此时文献[13]中模型获得的解就不一定为最优解,因此,还应加上填挖方量约束方程(1)式中Vis(Ii,Si)和Vis(Ii,Si)为i渠段的填方和挖方量.(2)流量损失约束.不同的衬砌方式、不同的渠道过水断面影响渠段的流量损失和投资,而输配水渠道的设计主要在于保证下游获得在一定水位时的流量,因此,在可能的情况下还应进一步考虑流量损失约束:(2)式中h4i(Ii,Si)为i渠段的流量输水损失,取决于i渠道的定性方案Si(沿渠衬砌方式等)、土壤性质、流量和过水断面;Q0,QN分别为渠道工程的渠首设计

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