A heuristic algorithm for optimal cost design of gravity-fed water distribution networks, a real case study

David G. Aragones; Gabriel F. Calvo; Alvaro Galan

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A heuristic algorithm for optimal cost design of gravity-fed water distribution networks, a real case study

机译：一种热力喂水水分配网络最优成本设计的启发式算法，实际研究

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In this work, we put forward a new algorithm for minimizing the total cost of gravity-fed water distribution networks (WDN) by optimally choosing pipe diameters. Our approach is based on network theory and heuristic procedures and aims at overcoming a number of limitations found in the current scientific literature. WDN optimization problems belong to those that are discrete, non-linear and non-convex, making the use of standard optimization algorithms inefficient. Furthermore, resorting to metaheuristic search techniques to test many different solutions has an exceedingly expensive computational cost, due to the inherent complexity of the problem. Here we present an efficient heuristic algorithm that circumvents these limitations, exploiting detailed aspects, such as the specific network topology. In order to check the capability of the algorithm in a realistic setting, we have developed and analyzed a mathematical model of a water distribution network in a Spanish municipality, considerably larger than those addressed in previous works. Our numerical results indicate significant potential construction savings over current design practices, which justifies the interest of our approach in addressing this class of optimization problems.

机译：在这项工作中，我们提出了一种新的算法，以通过最佳选择管道直径来最小化重力馈送配水网络（WDN）的总成本。我们的方法是基于网络理论和启发式程序，旨在克服目前科学文献中发现的一些局限性。 WDN优化问题属于离散，非线性和非凸起的问题，使得使用标准优化算法效率低下。此外，由于解决问题的固有复杂性，借助沟培搜索技术具有超出不同的解决方案的计算成本。在这里，我们提出了一种高效的启发式算法，这些算法旨在避免这些限制，利用详细的方面，例如特定的网络拓扑。为了检查算法在现实环境中的能力，我们已经开发并分析了西班牙市的分配网络的数学模型，比以前的作品中解决的那些大得多。我们的数值结果表明，对当前设计实践的显着潜在施工，这证明了我们对解决这类优化问题的方法的兴趣。

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来源
《Applied Mathematical Modelling》 |2021年第7期|379-395|共17页
作者
David G. Aragones; Gabriel F. Calvo; Alvaro Galan;
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作者单位

Department of Mathematics. School of Civil Engineering Universidad de Castilla-La Mancha Ciudad Real Spain;

Department of Mathematics. School of Civil Engineering Universidad de Castilla-La Mancha Ciudad Real Spain;

Department of Construction and Civil Engineering School of Civil Engineering Universidad de Castilla-La Mancha Ciudad Real Spain;

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收录信息美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Water supply; Civil engineering; Hydraulics; Graph theory; Combinatorial optimization; Mathematical programming;

机译：供水;土木工程;液压;图理论;组合优化;数学编程;

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