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水 利 学 报

２０２５年 ３月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６卷 第 ３期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２５）０３ － ０３７５ － １２

考虑淡水壳菜腐烂影响的长距离输水隧洞

检修通风方案优化方法

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刘长欣 ，余红玲 ，王晓玲 ，郭章潮 ，李 沛 ，王佳俊 １
（１．天津大学 水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 ３０００７２；２．中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 １０００８３）
摘要：长距离输水隧洞检修期排水时，壁面附着的淡水壳菜会死亡腐烂并释放出大量有害气体，严重威胁检修安
全。现有地下工程通风安全研究侧重于考虑通风效果的通风方案比选，难以获取兼顾通风效果和通风成本的全局
最优方案，且缺乏考虑淡水壳菜腐烂有害气体的影响。此外，基于帕累托最优准则（ ＰＯ）的多目标优化方法在输
出非支配解集后，需要结合多准则决策方法进行二次选择方可得到最优解，优化效率较低。针对上述问题，提出
考虑淡水壳菜腐烂影响的长距离输水隧洞检修通风方案模糊逻辑多目标优化方法。首先，结合模糊隶属度函数将
多个优化目标转换到相同的连续域空间，并综合处理成统一的优化指标，构建基于模糊逻辑（ＦＬ）的多目标优化
数学模型，以进行兼顾通风效果与通风成本的全局寻优；然后，提出基于混沌映射和最优邻域扰动策略改进的沙
漠猫群优化（ＩＳＣＳＯ）算法求解多目标优化数学模型，避免非支配解集的二次选择，提高优化效率。性能测试和案
例研究表明，本文提出的 ＩＳＣＳＯ － ＦＬ多目标优化方法在解的质量、解的鲁棒性以及计算复杂度等方面具有优越性。
本文方法得到的最优方案能够满足通风安全需求，通风成本相比初始方案降低 ２１．９％，且优化效率相比基于 ＰＯ
准则的多目标优化方法提高 ６８．１％。本研究可为地下工程通风方案的设计与优化提供新思路。
关键词：长距离输水隧洞；检修通风；淡水壳菜腐烂；多目标优化；模糊逻辑；改进沙漠猫群优化算法
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０２５４
中图分类号：ＴＶ６９８

１ 研究背景

跨流域调水是缓解缺水地区水资源供需矛盾、实现水资源优化配置的重要工程措施 ［１］ 。长距离输
水隧洞作为跨流域调水工程的主要建筑物，具有洞径大、洞线长、埋深大等特点，导致运营期检修过
程中通风换气困难 ［２］ ；此外，跨流域调水工程周边河网密布，河流湖泊中的淡水壳菜易入侵输水隧洞
并附着洞壁大量生长，不仅影响跨流域调水工程的正常运行，而且检修排水导致的淡水壳菜死亡腐烂
释放有害气体，对检修人员的人身安全产生严重威胁 ［３］ 。现有通风方案大多根据设计规范以及工程经
验确定，其在复杂地下工程中的实际通风效果难以保障。众多学者针对地下工程通风安全问题开展了
方案优化研究，并通过对比不同方案的通风效果以确定最优方案 ［４］ 。然而，现有研究缺乏考虑淡水壳
菜腐烂有害气体对通风效果的影响，并且在有限且离散的参数取值空间进行方案比选，不能保证得到
的最终方案在连续变量空间条件下依然全局最优。此外，由于跨流域调水工程检修时间较长，通风产
生的巨大能耗作为工程成本不容忽视 ［５］ 。因此，针对淡水壳菜入侵的跨流域调水工程，提出一种兼顾
通风效果和通风成本的长距离输水隧洞检修通风方案多目标优化方法具有重要的意义。
为解决一定约束条件下从特定连续空间搜索全局最优解的问题，部分学者采用元启发式优化算法

收稿日期：２０２４ － ０５ － ０４；网络首发日期：２０２５ － ０２ － ２５
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２５０２２５．０９３４．００１
基金项目：国家自然科学基金项目（５２２７９１３７）
作者简介：刘长欣（ １９９２ － ），博士生，主要从事水利地下工程通风安全研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃｈａｎｇｘｉｎ＿ｌｉｕ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：王晓玲（１９６８ － ），博士，教授，主要从事水利工程智能建设与管理研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｌ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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