基于模型的城市排水管網積水災害評價與防治研究.pdf

1、全球氣候變化和城市化進程的日益加劇，使得具有排水管網的城市地區(qū)屢遭積水災害的侵襲。城市排水管網積水災害不同于江河洪水災害，究其產生原因主要是城市局部極端暴雨在短時間內超過雨水管網設計排除能力所致，而目前我國排水設計方法無法對其進行科學解釋。因此，非常有必要對城市排水管網積水災害的發(fā)生演變機理進行系統(tǒng)研究。本論文從排水管網模型理論研究出發(fā)，探討了基于模型的城市排水管網積水災害評價與防治問題，分別進行了如下研究工作：
　　 1)依據

2、系統(tǒng)工程理論，研究了排水管網模型的基本理論，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優(yōu)化率定研究，并進行了模型參數靈敏度分析。
　　 2)從設計流量計算方法、徑流系數、設計重現期（頻率）、折減系數、水力計算方法等五個方面將我國排水設計規(guī)范與歐美設計規(guī)范進行了比較研究，總結了我國排水設計方法中存在的問題。
　　 3)提出了評價重點區(qū)域的概念，將積水災害評價限制在四類地區(qū)中，構建了排水設計方案積水災害設計

3、校核與超標評價體系；在模型設計校核原理研究中，提出模型參數與設計條件等價化的處理原則，并對模型設計校核與超設計標準災害評價的基本流程進行了研究。
　　 4)將水力、經濟、環(huán)境、社會等災害影響因素綜合考量，提出了基于投影尋蹤法的排水管網積水災害綜合評價模型，該模型將積水災害評價劃分為災害分布評價與災害級別評價兩類進行處理，并在實際工程評價中進行了應用。
　　 5)對排水管網在線模型的概念進行了闡述，總結了在線水力模型建模方

4、法，實現了美國SWMM模型的在線化升級改造。
　　 6)提出了基于排水管網在線水力模型的積水災害實時預警系統(tǒng)架構，實現了在線模型、綜合評價模型、決策模型的有機整合，并開發(fā)出了實時預警系統(tǒng)演示原型程序，具有實時雨情水情顯示，預警時間、洪災專題圖與洪災級別的自動發(fā)布等功能。
　　 7)將軟件體間模型耦合概念引入國內，提出了城市暴雨洪水控制多模型耦合系統(tǒng)架構，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，實現了城市排水一、二維模型耦合計算。
　　 8)總結提出了比較完善的基于模型的城市排水管網積水災害災害評價與防治體系，并對體系的組成和功能進行了詳細分析。
　　 論文在進行上述研究過程中，取得了一些創(chuàng)新性成果，將其總結為主要的三點如下：
　　 1)提出了基于微粒群算法的模型參數多目標優(yōu)化率定方法。
　　 該方法能夠實現高維空間（本文為八維空間）模型參數的優(yōu)化率定，率定結

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果。
　　 2)提出了基于投影尋蹤的積水災害綜合評價模型。
　　 該模型方法能夠整合與積水災害有關的社會、經濟、技術性能等多種影響因素，構建了排水管網設計校核與超標評價體系，實現了城市積水災害的客觀綜合評價，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、 構建了以綜合評價模型與管網在線模型為核心技術的城市排水管網積水災害評價與防治體系。該體系將設計層面的評價方法與運行管理層面的實時預警方法整合為一體，形成了排水管網積水災害數字化迎汛系統(tǒng)架構，為今后實際防災預警系統(tǒng)的構建提供了技術思路。
　　 本論文所取得的研究成果為我國城市積水災害的防治提供了依據和參考，在今后與實際防災工作相結合的過程中將會發(fā)揮更大的作用。
　　 最后，感謝國家自然科學基金(50678009)和國家