管道输水灌溉是发展节水农业的重要途径,灌溉管道化是灌溉节水发展的趋势。在管道灌溉系统中,管网部分的投资一般要占到工程总投资的50%-80%,而且涉及庞大的能耗和运行管理费用。因此,在工程资金投入有限的情况下,进行管网系统的优化设计、寻求能满足水量和水压要求,且能使整个系统的造价最低或年费用最小、系统可靠性最高的设计方案,对节约投资、降低能耗、提高经济效益和社会效益有着重要的现实意义。本文以树状灌溉管网为研究对象,在总结国内外管网优化研究和最优化技术成果的基础上,针对目前研究中存在的问题与不足,采取理论研究和优化算法、计算机模拟计算和实例分析相结合的方法,应用遗传算法最优化理论和图论知识,对树状灌溉管网优化布置和管径优化设计进行了系统的研究。针对管网布置较为依赖设计人员经验的问题,借助Visual Basic6.0与MATLAB之间的混合编程技术,研制了较为通用的树状灌溉管网优化设计软件。本文的研究主要取得了以下成果:(1)本文所研究的树状管网两级优化方法主要针对农田中的不规则灌溉管网,依据树状供水管网单点供水的原则,在第一级优化布置设计中,将管网概化为有向网络图,摒弃了图论中遗传计算复杂编码方法,通过简单的编码方法,提高了遗传计算效率,增强优化方法的可操作性。(2)本文在第一级优化布置设计中,根据设计人员的经验确定出每个节点所有可能的供水管段,将设计经验有机的融入到优化计算的初始阶段,同时也有效地减少了优化计算中不可行解的数目,提高了优化计算的计算效率和可行性。(3)利用Sheffield大学开发的gatbx遗传算法工具箱,以MATLAB作为编程工具,在遗传算法程序设计中,采用了整数编码的方法,避免了二进制遗传编码冗余问题。利用VB编写了优化算法程序的应用软件界面,将管网特征数据概化为矩阵的形式输入,操作方法直观,软件经过打包后可以在任何一台装有MATLAB的电脑上运行。