城市河湖闸泵群防洪排涝优化调度模型研究

摘要

长期以来，我国对城市防洪排涝的研究侧重于排水管道，抽水泵站等工程措施方面，而忽略了城市面临超标暴雨的内涝防治非工程措施及对策的研究，因此研究由河湖闸泵群构成的城市防洪排涝系统的优化调度问题具有十分重要的意义。本文总结了相关领域的研究成果，构建了城市河湖闸泵群防洪排涝优化调度模型，并在武汉市汤逊湖水系进行了应用研究，论文的主要内容包括： 1.分析了我国内涝灾害的特点、成因及其防治措施，综述了国内外有关雨洪模型、管理体系、优化调度的研究动态。阐述了研究由河湖闸泵群组成的城市大排水系统防洪排涝优化调度问题的必要性和迫切性。 2.研究了洪水演进的水文学、水动力学方法和湖泊闸泵的模拟方法，其中水动力模型法从水动力学角度出发，有着严格的数学公式推导，计算精度较高，对平原河网城市地区排涝计算有较好的适用性。 3.深入分析研究了城市河湖闸泵群中各排涝设施之间复杂的水力联系，洪水时空变化的双重特性等，确立了以水系排涝计算为基础的研究方法，并充分考虑各类约束条件及研究对象的调度目标，建立了城市河湖闸泵群防洪排涝体系优化调度模型。 4.针对万有引力算法计算性能上存在的不平衡问题，分别从三个方面对其进行了改进，并使用标准测试函数进行了性能测试，结果表明，改进后的算法不仅具有较快的收敛速度和较高的收敛精度，而且还具有很好的全局收敛能力和稳定性。 5.对武汉市汤逊湖水系进行了实例研究，选用了不同重现期的设计暴雨径流过程作为输入进行模拟计算，结合水系的实际情况和计算结果对优化调度模型的合理性和适应性进行了分析。

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摘 要

Abstract

目 录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 城市内涝问题

1.1.2 内涝特点及成因

1.1.3 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 城市雨洪模型研究

1.2.2 城市防洪排涝管理体系

1.2.3 排涝系统优化调度研究

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 城市河湖闸泵群排涝模拟

2.1 概化计算法

2.1.1 平均排除法

2.1.2 调蓄演算法

2.2 洪水演进法

2.2.1 水文学方法

2.2.2 水动力学方法

2.3 闸泵湖排涝模拟

2.3.1 闸门模拟

2.3.2 泵站模拟

2.3.3 湖泊模拟

2.4 本章小结

3 优化调度模型

3.1 问题描述及研究方法

3.1.1 问题描述

3.1.2 研究方法

3.2 数学模型

3.2.1 目标函数

3.2.2 约束条件

3.3 求解方法

3.4 本章小结

4 改进的万有引力算法

4.1 万有引力算法

4.1.1 算法简介

4.1.2 数学描述

4.2 粒子群算法

4.2.1 算法简介

4.2.2 数学描述

4.3 改进的万有引力算法

4.3.1 基于混合算法策略的改进

4.3.2 基于柯西变异策略的改进

4.3.3 基于局部搜索策略的改进

4.3.4 改进算法的流程实现

4.4 算法验证

4.4.1 测试函数

4.4.2 结果分析

4.5 本章小结

5 汤逊湖水系实例应用

5.1 研究区基本概况

5.1.1 自然环境概况

5.1.2 水利工程现状

5.2 汤逊湖水系建模

5.2.1 水系概化

5.2.2 调度原则及目标

5.2.3 模型结构关系

5.3 模型求解及验证

5.3.1 降雨径流计算

5.3.2 排涝模型求解

5.3.3 排涝模型验证

5.3.4 优化调度模型求解

5.4 结果分析与结论

5.4.1 计算结果与分析

5.4.2 结论

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致 谢

参考文献