【摘要】：在城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)和海綿城市建設(shè)的大背景下,城市雨洪模型逐漸成為一種有效的雨水管理手段,意在為解決好城市雨水排水的本質(zhì)——雨水的空間分配問題出謀劃策。然而,人們在應(yīng)用時(shí)缺乏相應(yīng)的模型校核,致使模擬結(jié)果與實(shí)際情況出現(xiàn)較大偏差,參數(shù)優(yōu)化率定作為其應(yīng)用準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵性問題近年來受到越來越多的重視。本文基于眾多城市雨水管網(wǎng)模型軟件一維模擬內(nèi)核SWMM模型和參數(shù)識別最優(yōu)化思想,對其水文水力模塊參數(shù)自動優(yōu)化問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究�；赟WMM模型對城市雨水管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型組成及其模擬原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹。在系統(tǒng)研究了SWMM模型水文水力參數(shù)取值范圍的基礎(chǔ)上,以C市某區(qū)雨水管網(wǎng)為例,采用修正的Morris篩選法對14個(gè)參數(shù)進(jìn)行了局部靈敏度分析,得到了各參數(shù)對不同目標(biāo)變量(徑流總量、峰值流量、排放口水力負(fù)荷)的靈敏度分布及其穩(wěn)定性分析結(jié)果。并引入子排水區(qū)面積和不滲透率修正系數(shù)最終確定了10個(gè)優(yōu)化參數(shù)集合。研究了自適應(yīng)混沌粒子群優(yōu)化算法(ACPSO)。引入按指數(shù)函數(shù)非線性遞減的自適應(yīng)慣性權(quán)重及邏輯自映射混沌搜索技術(shù)對標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法(SPSO)進(jìn)行了組合改進(jìn)。采用三個(gè)經(jīng)典的Benchmark問題對其進(jìn)行的性能測試表明:該算法能有效擺脫早熟收斂,收斂性能及穩(wěn)定性能均得到加強(qiáng),可用于參數(shù)優(yōu)化研究。研究了SWMM模型參數(shù)優(yōu)化問題。采用C語言二次開發(fā)了共10個(gè)外部API函數(shù)用于本文研究。以水位和流量為匹配對象構(gòu)建了SWMM參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,并用ACPSO算法對其進(jìn)行了求解。結(jié)果表明:用于優(yōu)化和驗(yàn)證的場次降雨中,兩個(gè)目標(biāo)變量的納什效率系數(shù)(NSE)均在0.70以上,峰值流量相對誤差絕對值均在10%以內(nèi),內(nèi)澇溢流驗(yàn)證結(jié)果也與實(shí)際基本吻合,經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化的SWMM模型準(zhǔn)確性和可靠性令人滿意。作為城市雨水管網(wǎng)模型的應(yīng)用,基于以上研究結(jié)果開展了C式某區(qū)管網(wǎng)運(yùn)行性能評估。其雨水管網(wǎng)整體達(dá)標(biāo)率為57.69%(滿足設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P(28)2a及以上),但與之相對的系統(tǒng)整體耐受度達(dá)到98.73%,說明了在該區(qū)域進(jìn)行海綿城市開發(fā)建設(shè)的必要性和可行性。
[Abstract]:Under the background of frequent waterlogging disasters and the construction of sponge cities, urban rainwater flood model has gradually become an effective means of rainwater management, aiming at solving the problem of spatial distribution of rainwater, the essence of urban rainwater drainage. In recent years, more and more attention has been paid to parameter optimization and calibration as the key problem of its accuracy and reliability. Based on SWMM model of one-dimensional simulation kernel and parameter identification optimization thought of many urban rainwater network model software, the automatic optimization of hydrological and hydraulic module parameters has been studied in this paper. Based on SWMM model, the mathematical model of urban rainwater pipe network and its simulation principle are introduced in detail. On the basis of systematically studying the range of hydrological and hydraulic parameters of SWMM model, taking a rainwater pipe network in C city as an example, the modified Morris screening method is used to analyze the local sensitivity of 14 parameters, and each parameter is obtained. The sensitivity distribution and stability analysis results of parameters for different target variables (total runoff, peak flow, hydraulic load at discharge outlet) are given. The area of sub-drainage area and the impermeability correction coefficient are introduced to determine 10 optimal parameter sets. The adaptive chaotic particle swarm optimization algorithm (ACPSO) is studied. Nonlinearity by exponential function is introduced. Three classical Benchmark problems are used to test the performance of the standard particle swarm optimization (SPSO). The results show that the algorithm can effectively get rid of premature convergence, and its convergence and stability are enhanced. It can be used in parameter optimization research. The optimization of SWMM parameters is studied. A total of 10 external API functions are developed in C language for this study. The mathematical model of SWMM parameters optimization is constructed by matching water level and flow rate and solved by ACPSO algorithm. The results show that Nash effect of two objective variables is used to optimize and validate the field rainfall. The ratio coefficient (NSE) is above 0.70, and the absolute relative error of peak discharge is less than 10%. The results of waterlogging and overflow validation are basically consistent with the actual situation. The accuracy and reliability of SWMM model optimized by parameters are satisfactory. As an application of urban rainwater pipe network model, the performance evaluation of C-type pipe network in a certain area is carried out based on the above results. It is estimated that the overall standard-reaching rate of the rainwater pipe network is 57.69% (meeting the design recurrence period P(28)2a and above), but the relative overall system tolerance is 98.73%. This shows the necessity and feasibility of developing and constructing sponge cities in this area.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU992

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2230610