基于模型的城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害評(píng)價(jià)與防治研究.pdf

1、全球氣候變化和城市化進(jìn)程的日益加劇，使得具有排水管網(wǎng)的城市地區(qū)屢遭積水災(zāi)害的侵襲。城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害不同于江河洪水災(zāi)害，究其產(chǎn)生原因主要是城市局部極端暴雨在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)排除能力所致，而目前我國(guó)排水設(shè)計(jì)方法無(wú)法對(duì)其進(jìn)行科學(xué)解釋。因此，非常有必要對(duì)城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害的發(fā)生演變機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究。本論文從排水管網(wǎng)模型理論研究出發(fā)，探討了基于模型的城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害評(píng)價(jià)與防治問(wèn)題，分別進(jìn)行了如下研究工作：
　　 1)依據(jù)

2、系統(tǒng)工程理論，研究了排水管網(wǎng)模型的基本理論，剖析了SWMM模型的基本計(jì)算原理，采用微粒群算法進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化率定研究，并進(jìn)行了模型參數(shù)靈敏度分析。
　　 2)從設(shè)計(jì)流量計(jì)算方法、徑流系數(shù)、設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（頻率）、折減系數(shù)、水力計(jì)算方法等五個(gè)方面將我國(guó)排水設(shè)計(jì)規(guī)范與歐美設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了比較研究，總結(jié)了我國(guó)排水設(shè)計(jì)方法中存在的問(wèn)題。
　　 3)提出了評(píng)價(jià)重點(diǎn)區(qū)域的概念，將積水災(zāi)害評(píng)價(jià)限制在四類(lèi)地區(qū)中，構(gòu)建了排水設(shè)計(jì)方案積水災(zāi)害設(shè)計(jì)

3、校核與超標(biāo)評(píng)價(jià)體系；在模型設(shè)計(jì)校核原理研究中，提出模型參數(shù)與設(shè)計(jì)條件等價(jià)化的處理原則，并對(duì)模型設(shè)計(jì)校核與超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)災(zāi)害評(píng)價(jià)的基本流程進(jìn)行了研究。
　　 4)將水力、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)等災(zāi)害影響因素綜合考量，提出了基于投影尋蹤法的排水管網(wǎng)積水災(zāi)害綜合評(píng)價(jià)模型，該模型將積水災(zāi)害評(píng)價(jià)劃分為災(zāi)害分布評(píng)價(jià)與災(zāi)害級(jí)別評(píng)價(jià)兩類(lèi)進(jìn)行處理，并在實(shí)際工程評(píng)價(jià)中進(jìn)行了應(yīng)用。
　　 5)對(duì)排水管網(wǎng)在線模型的概念進(jìn)行了闡述，總結(jié)了在線水力模型建模方

4、法，實(shí)現(xiàn)了美國(guó)SWMM模型的在線化升級(jí)改造。
　　 6)提出了基于排水管網(wǎng)在線水力模型的積水災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在線模型、綜合評(píng)價(jià)模型、決策模型的有機(jī)整合，并開(kāi)發(fā)出了實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)演示原型程序，具有實(shí)時(shí)雨情水情顯示，預(yù)警時(shí)間、洪災(zāi)專(zhuān)題圖與洪災(zāi)級(jí)別的自動(dòng)發(fā)布等功能。
　　 7)將軟件體間模型耦合概念引入國(guó)內(nèi)，提出了城市暴雨洪水控制多模型耦合系統(tǒng)架構(gòu)，并對(duì)美國(guó)SWMM模型與英國(guó)LISFL0OD_FD模型的計(jì)算引擎進(jìn)行了

5、耦合化改造，開(kāi)發(fā)了模型耦合主控程序，實(shí)現(xiàn)了城市排水一、二維模型耦合計(jì)算。
　　 8)總結(jié)提出了比較完善的基于模型的城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害災(zāi)害評(píng)價(jià)與防治體系，并對(duì)體系的組成和功能進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　 論文在進(jìn)行上述研究過(guò)程中，取得了一些創(chuàng)新性成果，將其總結(jié)為主要的三點(diǎn)如下：
　　 1)提出了基于微粒群算法的模型參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化率定方法。
　　 該方法能夠?qū)崿F(xiàn)高維空間（本文為八維空間）模型參數(shù)的優(yōu)化率定，率定結(jié)

6、果兼顧了流量峰值和各時(shí)刻流量的誤差要求，可以獲得滿(mǎn)足實(shí)際工程要求的結(jié)果。
　　 2)提出了基于投影尋蹤的積水災(zāi)害綜合評(píng)價(jià)模型。
　　 該模型方法能夠整合與積水災(zāi)害有關(guān)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)性能等多種影響因素，構(gòu)建了排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)校核與超標(biāo)評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)了城市積水災(zāi)害的客觀綜合評(píng)價(jià)，較其它評(píng)價(jià)方法更具有實(shí)際操作性。
　　 3)提出了排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，并完成了美國(guó)SWMM事件模型的在線功能升級(jí)改造。
　　

7、 構(gòu)建了以綜合評(píng)價(jià)模型與管網(wǎng)在線模型為核心技術(shù)的城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害評(píng)價(jià)與防治體系。該體系將設(shè)計(jì)層面的評(píng)價(jià)方法與運(yùn)行管理層面的實(shí)時(shí)預(yù)警方法整合為一體，形成了排水管網(wǎng)積水災(zāi)害數(shù)字化迎汛系統(tǒng)架構(gòu)，為今后實(shí)際防災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建提供了技術(shù)思路。
　　 本論文所取得的研究成果為我國(guó)城市積水災(zāi)害的防治提供了依據(jù)和參考，在今后與實(shí)際防災(zāi)工作相結(jié)合的過(guò)程中將會(huì)發(fā)揮更大的作用。
　　 最后，感謝國(guó)家自然科學(xué)基金(50678009)和國(guó)家