论文部分内容阅读
城市雨水管网地理信息系统(Geographic Information System,GIS)以其可视化管理及空间分析等优势,已成为城市雨水管网信息化管理的支撑应用。然而目前众多城市暴雨极端天气下的内涝频发。受专业模型匮乏和模型集成方法水平低的限制,雨水管网GIS在用于内涝防治的管网优化等领域,面临着方法与算法的挑战。当前城市规划行业普遍采用的管网优化方法分为基于智能算法的自动优化和结合人工经验、城市水文模型的主观设计,但是智能算法难以全面考虑管网系统内部复杂的水力特性,而人工主观设计又存在难以穷尽对比每一种潜在优化方案和水文模型建模效率低下等问题。因此,本文提出一种综合雨水管网GIS数据资源、空间分析、暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)和差分进化算法(Differential Evolution,DE)的雨水管网管径、埋深优化方法,并进行了实验验证。论文研究内容及成果如下:(1)分析重构SWMM模型对象。通过分析SWMM管网、子流域模型对象输入条件,对比雨水管网GIS数据与SWMM模型对象表达方式差异,重构了SWMM模型对象。为雨水管网GIS、SWMM和雨水管网管径、埋深优化算法的数据交互提供了基础。(2)设计顾及城市地形特征及人工设施的城市管网子流域汇水单元划分方法。该方法综合分析城市地形、人工设施对雨水径流的影响,兼顾城市道路与地下雨水管网之间的相互作用,依托雨水管网GIS数据、SWMM重构对象,实现自动、高效的SWMM子流域对象建模。为结合SWMM模型的管网管径、埋深优化算法奠定了可靠的模型基础。(3)提出DE-SWMM雨水管网管径、埋深优化算法,以期对城市管网的管径、埋深进行优化。该算法借鉴DE算法的基本理论,在综合分析管径、埋深数据以及管网优化问题特征的基础上,整合管网管径、埋深合理性检验算法和管网水力性能约束计算。以南京师范大学仙林校区的雨水管网数据为例进行实验验证。结果表明,本文提出的雨水管网优化方法在全面模拟管网内部水流动态过程的基础上,可以设计出排水能力更强、使用效率更高、更合理的雨水管网管径、埋深改造方案。