基于模型的城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害評價與防治研究.pdf

1、全球氣候變化和城市化進程的日益加劇，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間內(nèi)超過雨水管網(wǎng)設(shè)計排除能力所致，而目前我國排水設(shè)計方法無法對其進行科學(xué)解釋。因此，非常有必要對城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害的發(fā)生演變機理進行系統(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)害評價與防治問題，分別進行了如下研究工作：
　　 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模型的基本計算原理，采用微粒群算法進行了多目標(biāo)優(yōu)化率定研究，并進行了模型參數(shù)靈敏度分析。
　　 2)從設(shè)計流量計算方法、徑流系數(shù)、設(shè)計重現(xiàn)期（頻率）、折減系數(shù)、水力計算方法等五個方面將我國排水設(shè)計規(guī)范與歐美設(shè)計規(guī)范進行了比較研究，總結(jié)了我國排水設(shè)計方法中存在的問題。
　　 3)提出了評價重點區(qū)域的概念，將積水災(zāi)害評價限制在四類地區(qū)中，構(gòu)建了排水設(shè)計方案積水災(zāi)害設(shè)計

3、校核與超標(biāo)評價體系；在模型設(shè)計校核原理研究中，提出模型參數(shù)與設(shè)計條件等價化的處理原則，并對模型設(shè)計校核與超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)災(zāi)害評價的基本流程進行了研究。
　　 4)將水力、經(jīng)濟、環(huán)境、社會等災(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)害綜合評價模型，該模型將積水災(zāi)害評價劃分為災(zāi)害分布評價與災(zāi)害級別評價兩類進行處理，并在實際工程評價中進行了應(yīng)用。
　　 5)對排水管網(wǎng)在線模型的概念進行了闡述，總結(jié)了在線水力模型建模方

4、法，實現(xiàn)了美國SWMM模型的在線化升級改造。
　　 6)提出了基于排水管網(wǎng)在線水力模型的積水災(zāi)害實時預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)了在線模型、綜合評價模型、決策模型的有機整合，并開發(fā)出了實時預(yù)警系統(tǒng)演示原型程序，具有實時雨情水情顯示，預(yù)警時間、洪災(zāi)專題圖與洪災(zāi)級別的自動發(fā)布等功能。
　　 7)將軟件體間模型耦合概念引入國內(nèi)，提出了城市暴雨洪水控制多模型耦合系統(tǒng)架構(gòu)，并對美國SWMM模型與英國LISFL0OD_FD模型的計算引擎進行了

5、耦合化改造，開發(fā)了模型耦合主控程序，實現(xiàn)了城市排水一、二維模型耦合計算。
　　 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)害評價與防治體系，并對體系的組成和功能進行了詳細(xì)分析。
　　 論文在進行上述研究過程中，取得了一些創(chuàng)新性成果，將其總結(jié)為主要的三點如下：
　　 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刻流量的誤差要求，可以獲得滿足實際工程要求的結(jié)果。
　　 2)提出了基于投影尋蹤的積水災(zāi)害綜合評價模型。
　　 該模型方法能夠整合與積水災(zāi)害有關(guān)的社會、經(jīng)濟、技術(shù)性能等多種影響因素，構(gòu)建了排水管網(wǎng)設(shè)計校核與超標(biāo)評價體系，實現(xiàn)了城市積水災(zāi)害的客觀綜合評價，較其它評價方法更具有實際操作性。
　　 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SWMM事件模型的在線功能升級改造。
　　

7、 構(gòu)建了以綜合評價模型與管網(wǎng)在線模型為核心技術(shù)的城市排水管網(wǎng)積水災(zāi)害評價與防治體系。該體系將設(shè)計層面的評價方法與運行管理層面的實時預(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城市積水災(zāi)害的防治提供了依據(jù)和參考，在今后與實際防災(zāi)工作相結(jié)合的過程中將會發(fā)揮更大的作用。
　　 最后，感謝國家自然科學(xué)基金(50678009)和國家