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Parameter Calibration of swmm Model Based on Optimization Algorithm

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Computers, Materials & Continua 2020年第12期65卷 2189-2199页

作者： Fengchang Xue Juan Tian Wei Wang Yanran Zhang Gohar Ali Nanjing University of Information Science&Technology Nanjing210044China Zhejiang Meteorological Bureau Hangzhou31000China Pakistan Meteorological Department IslamabadPakistan

For the challenge of parameter calibration in the process of swmm(storm water management model)model application,we use particle Swarm Optimization(PSO)and Sequence Quadratic Programming(SQP)in combination to calibrate the parameters and get the optimal parameter combination in this ***,we compare and analyze the simulation result with the other two respectively using initial parameters and parameters obtained by PSO algorithm calibration *** result shows that the calibration result of PSO-SQP combined algorithm has the highest accuracy and shows highly consistent with the actual situation,which provides a scientific and effective new idea for parameter calibration of swmm model,moreover,has practical guidance for flood control and disaster mitigation.

关键词： swmm parameter calibration PSO SQP

基于swmm和InfoWorks ICM的城市街区洪涝模拟与分析

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水资源保护 2023年第2期39卷 87-94页

作者：叶陈雷徐宗学雷晓辉陈阳丁星臣梁永帅北京师范大学水科学研究院北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

针对我国城市日益突出的洪涝问题,以福州市主城区某街区为例,基于swmm与InfoWorks ICM构建了城市街区尺度洪涝模拟模型,基于差分进化算法率定swmm关键参数,并在不同的降雨情景下,模拟了城市街区地表内涝淹没与危险性分布,并对比评估了... 详细信息

针对我国城市日益突出的洪涝问题,以福州市主城区某街区为例,基于swmm与InfoWorks ICM构建了城市街区尺度洪涝模拟模型,基于差分进化算法率定swmm关键参数,并在不同的降雨情景下,模拟了城市街区地表内涝淹没与危险性分布,并对比评估了模拟结果的可靠性。结果表明:基于差分进化算法率定得到的swmm参数具有较好的效果,两次洪峰的模拟水位和实测水位误差均在1%以内;10 a、20 a、50 a和100 a 4种重现期降雨驱动下,研究区淹没面积分别为3.14 hm^(2)、3.37 hm^(2)、3.61 hm^(2)和3.72 hm^(2),重现期从10 a到100 a,总淹没面积占比由27.40%上升到32.46%;基于swmm与ICM耦合的模拟方式在研究区具有较好的适用性。

关键词：洪涝模拟城市街区 swmm InfoWorks ICM 差分进化算法福州市

基于swmm的污水管网外来水量入渗反演识别研究

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水资源保护 2024年第5期40卷 141-147页

作者：常留红薛雄郭洋高宏宇邬传峰长沙理工大学水利与环境工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410114 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室江苏南京210029

基于贝叶斯理论,结合蒙特卡罗马尔可夫链算法,对swmm的水质水动力模块进行了二次开发,反推了管网入渗的节点位置、入渗流量时间序列等特征参数;分析了随机游走、均匀分布和正态分布分别作为建议分布对反演精度的影响,并对贝叶斯理论下... 详细信息

基于贝叶斯理论,结合蒙特卡罗马尔可夫链算法,对swmm的水质水动力模块进行了二次开发,反推了管网入渗的节点位置、入渗流量时间序列等特征参数;分析了随机游走、均匀分布和正态分布分别作为建议分布对反演精度的影响,并对贝叶斯理论下蒙特卡罗马尔科夫链算法的似然函数进行了改进。结果表明:3种建议分布均可在贝叶斯理论下达到收敛,均匀分布与正态分布对算法初值的依赖较小,算法的全局遍历性较好,随机游走则会因局部最优降低反演精度;3种建议分布下的反演过程均出现误差累积现象,采用改进后的蒙特卡罗马尔科夫链算法可有效避免误差的累积,提高了时间序列变量的反演精度。

关键词：污水管网入渗流量溯源反演贝叶斯理论 swmm

基于swmm和InfoWorks ICM模型的大红门排水区暴雨内涝模拟

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水资源保护 2023年第3期39卷 109-117页

作者：廖如婷徐宗学叶陈雷舒心怡杨东明北京师范大学水科学研究院北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875 北京市北运河管理处北京101199

为探究不同暴雨情景下北京市大红门排水区内涝过程演化规律,构建swmm和InfoWorks ICM-2D耦合城市暴雨内涝模型,模拟分析了大红门排水区不同重现期降雨下管网排水能力、地表淹没情况及内涝危险性。结果表明:swmm和InfoWorks ICM-2D耦合... 详细信息

为探究不同暴雨情景下北京市大红门排水区内涝过程演化规律,构建swmm和InfoWorks ICM-2D耦合城市暴雨内涝模型,模拟分析了大红门排水区不同重现期降雨下管网排水能力、地表淹没情况及内涝危险性。结果表明:swmm和InfoWorks ICM-2D耦合模型在大红门排水区暴雨内涝模拟中具有较好的适用性;大红门排水区70%以上的管道排水能力不足5年一遇设计标准,随着降雨重现期增大,溢流节点和超载管道数量增多,超载时长增加,但溢流节点超载时长增幅减小;易涝区和中高危险区主要分布在大红门排水区中部和东南部下凹桥区;随着降雨重现期增大,内涝区积水深度增加、积水范围扩大,0.2 m以上水深区域占比增加,低危险区主要向高危险区转化,较少向极高危险区转化。

关键词：内涝模拟淹没水深淹没面积 swmm InfoWorks ICM-2D 大红门排水区

基于多目标进化算法和swmm的LID设施空间布局优化研究

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水资源保护 2024年第1期40卷 108-116页

作者：程麒铭尹超陈垚杨真梅苏义鸿刘非重庆交通大学河海学院重庆400074 江津区生态环境监测站重庆402260 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074

针对传统算法无法满足低影响开发(LID)设施空间布局优化模型求解的性能要求的问题,以重庆秀山海绵城市建设区为研究区,基于MATLAB软件的platEMO4.0平台,对比分析了NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ、MOEAD、PICEA-g、MOEAPSL、CCMO与CAMOEA7种多目标进... 详细信息

针对传统算法无法满足低影响开发(LID)设施空间布局优化模型求解的性能要求的问题,以重庆秀山海绵城市建设区为研究区,基于MATLAB软件的platEMO4.0平台,对比分析了NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ、MOEAD、PICEA-g、MOEAPSL、CCMO与CAMOEA7种多目标进化算法对LID设施空间布局优化问题的求解结果与性能评价指标,并提出最佳方案。结果表明:新算法大部分性能指标优于传统算法,其中CCMO算法的多样性与收敛性最佳,而MOEAPSL算法的求解速度最快,搜索能力最强,且最优解数量最多;采用CCMO和MOEAPSL算法可获得研究区不同降雨重现期下的Pareto近似前沿,即LID设施空间布局的最优解集;以径流削减为控制目标的最佳方案在降雨重现期为5~100 a时径流总量控制率为67.23%~76.70%,洪峰流量削减率为66.42%~77.86%,LID单位面积建设成本为203.90~245.23元/m 2。

关键词：多目标进化算法 swmm LID设施空间布局 platEMO4.0平台

基于swmm的铁心桥实验基地内涝防治效果模拟

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水资源保护 2020年第1期36卷 58-65页

作者：陆海明邹鹰孙金华朱乾德牛帅李晓红南京水利科学研究院水文水资源与水利科学国家重点实验室

基于南京水科院铁心桥实验基地的地形、下垫面条件等数据构建了swmm,模拟了实验基地象目湖观景平台和水上餐厅两个监测点在不同降雨重现期、低影响开发措施、溢流孔设置和水泵强排条件下受淹情况。结果表明,初始水位较低(25.1 m)时,象... 详细信息

基于南京水科院铁心桥实验基地的地形、下垫面条件等数据构建了swmm,模拟了实验基地象目湖观景平台和水上餐厅两个监测点在不同降雨重现期、低影响开发措施、溢流孔设置和水泵强排条件下受淹情况。结果表明,初始水位较低(25.1 m)时,象目湖遭遇500年一遇的降雨事件时水位并未抬升至水上餐厅。初始水位较高(25.6 m)时,200年一遇和500年一遇的降雨事件中水上餐厅受淹持续时间分别为7 h和11 h。采用集水池、雨水花园和生物滞留池3种LID措施对象目湖水位峰值影响模拟结果显示,在5年或10年一遇的降雨事件中雨水花园和集水池可以分别降低象目湖峰值水位0.06 m和0.02 m,生物滞留池没有削减峰值水位。在降雨量为218.5 mm的20160707次降雨事件中LID措施削减象目湖水位效果不明显。水泵抽排流量越大,象目湖水位越早回落到观景平台以下。LID在应对造成城市内涝的低频次、短历时强降雨方面作用有限,铁心桥实验基地象目湖内涝防治应以加强水文气象预测和水位管理、加大溢流孔尺寸和采用水泵强排等措施为主。

关键词： swmm 城市内涝 LID措施溢流孔水泵铁心桥实验基地象目湖

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基于ANUGA和swmm耦合模型的车陂涌流域内涝模拟分析

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水资源保护 2023年第3期39卷 82-90页

作者：雷向东王兆礼曾照洋赖成光华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640 琶洲实验室广东广州510335 华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

为探究设计暴雨雨峰位置对城市内涝的响应规律,以广州车陂涌流域某片区为研究区,基于ANUGA和swmm构建耦合模型AGSWM,采用实测降雨的流量和内涝数据对AGSWM进行验证,并对不同雨峰位置的设计暴雨情景进行了内涝模拟与分析。结果表明:耦合... 详细信息

为探究设计暴雨雨峰位置对城市内涝的响应规律,以广州车陂涌流域某片区为研究区,基于ANUGA和swmm构建耦合模型AGSWM,采用实测降雨的流量和内涝数据对AGSWM进行验证,并对不同雨峰位置的设计暴雨情景进行了内涝模拟与分析。结果表明:耦合模型AGSWM具有良好的模拟精度,能够较好地反映车陂涌内涝时空演进过程;在低重现期后峰情景和高重现期中峰情景下,内涝积水总量、总淹没面积、重度内涝等级的淹没面积和重度内涝等级的易涝点最大水深较大;在低重现期前峰情景、高重现期后峰情景下,积水峰现延迟时间较长。

关键词：城市内涝 ANUGA swmm 设计暴雨车陂涌流域

基于BIC-KMeans和swmm的城市雨洪快速模拟方法

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水资源保护 2023年第5期39卷 79-87页

作者：刘成帅韩臻悦李想孙悦汤业海侯东儒胡彩虹郑州大学黄河实验室河南郑州450001

针对城市雨洪模型率定过程过于烦琐复杂的问题,耦合贝叶斯信息准则(BIC)和K均值聚类机器学习算法(KMeans)构建了BIC-KMeans算法。根据样本参数在不同城市功能区的分布规律,结合暴雨洪水管理模型(swmm)提出了城市雨洪快速模拟方法。分别... 详细信息

针对城市雨洪模型率定过程过于烦琐复杂的问题,耦合贝叶斯信息准则(BIC)和K均值聚类机器学习算法(KMeans)构建了BIC-KMeans算法。根据样本参数在不同城市功能区的分布规律,结合暴雨洪水管理模型(swmm)提出了城市雨洪快速模拟方法。分别在郑州大学主校区、郑州市金水区南部、郑州市中心城区3个集水区选取了6、3、4场历史观测洪水事件进行了验证。结果表明:提出的城市雨洪快速模拟方法适用性较好;洼蓄量、地表曼宁系数、入渗率和衰减系数等不确定性参数在不同城市功能区的取值由小到大依次为工商业区、居民区、公共用地区;3个集水区雨洪模拟洪水流量相对误差均小于12%、纳什效率系数均大于0.75、决定系数均大于0.80,各项指标均优于传统调参法;swmm模拟精度会随着集水区空间尺度增大而变小,峰现时间误差在较小尺度集水区雨洪模拟中是分钟级,在较大尺度为小时级。

关键词：城市雨洪快速模拟 BIC-KMeans算法 swmm 不确定性参数城市功能区集水区

基于TELEMAC-2D和swmm模型的城市内涝数值模拟

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水资源保护 2022年第1期38卷 117-124页

作者：王兆礼陈昱宏赖成光华南理工大学土木与交通学院广东广州510641 广东省水利工程安全与绿色水利工程技术研究中心广东广州510641

以广州长湴地区为例,基于swmm和TELEMAC-2D模型构建一种新的耦合模型TSWM,通过历史暴雨事件验证、模型对比等方式评估了TSWM模型的适用性和可靠性,并对不同重现期暴雨开展了数值模拟。结果表明:TSWM模型能较准确地模拟研究区的内涝情况... 详细信息

以广州长湴地区为例,基于swmm和TELEMAC-2D模型构建一种新的耦合模型TSWM,通过历史暴雨事件验证、模型对比等方式评估了TSWM模型的适用性和可靠性,并对不同重现期暴雨开展了数值模拟。结果表明:TSWM模型能较准确地模拟研究区的内涝情况,可实现城市内涝精细化模拟;与基于swmm和LISFLOOD-FP、WCA2D的耦合模型相比,TSWM模型可得到更为精细的模拟结果;由于排水管网系统标准偏低,研究区在极端暴雨情况下容易发生内涝,建议采取提高排水管网系统标准、构建泵闸联合调度方案、布设LID设施等措施降低暴雨内涝影响;TSWM模型在复杂城区内涝数值模拟方面具有良好的适用性和较高的模拟精度。

关键词：城市内涝数值模拟 TELEMAC-2D swmm 模型耦合长湴