排水管网模型参数的自动率定方法及存储介质与流程

本发明涉及排水工程，尤其涉及一种排水管网模型参数的自动率定方法及存储介质。

背景技术：

1、随着城市化进程的加速和城市人口的不断增长，城市排水系统的可持续管理和运维成为了一个重要的挑战。城市排水系统的核心组成部分之一是排水管网，它负责收集和排放雨水、废水等。为了确保排水系统的高效运行和应对不断变化的环境和人口需求，准确的排水管网模型成为了城市规划、设计和管理的重要工具。排水管网模型是基于数学和物理原理构建的计算机模型，可以模拟雨水和废水在管网中的流动、传输和排放过程。这些模型可以帮助城市规划者和工程师更好地了解管网系统的运行状况，预测可能的问题，并制定相应的解决方案。然而，由于排水管网模型的复杂性和参数众多，手动校准模型参数变得异常繁琐和耗时，导致了模型的应用受到限制。

2、例如，swmm(stormwatermanagement model)模型是一种广泛应用于城市排水系统规划和管理的计算机模型，它能够模拟雨水和废水在排水管网中的流动、传输和排放过程，预测洪水事件、水质变化等。swmm模型的应用涵盖了城市排水系统的多个方面，包括雨水径流、污水流动、泵站运行、水质控制等。然而swmm里面参数众多，在目前在线模型愈发要求高精度的要求下，手工校准大型城市模型的各项参数是不可能的，如何设置合理参数实现高精度模拟是目前需要攻克的难题。

3、随着计算机技术的不断进步，优化算法等技术的应用为自动率定技术的实现提供了强有力的支持。计算机可以在短时间内搜索参数空间，找到最优解，从而实现模型的自动校准。在这一背景下，排水管网自动率定技术应运而生，成为了排水管网模型发展的重要趋势和创新点。自动率定技术旨在通过计算机算法和优化方法，自动调整模型参数，使模型的模拟结果更加接近实际观测数据。这种技术可以在更精细的时间尺度和空间尺度上进行模型校准，实现对不同场景下的排水系统运行情况进行更精准的预测。这对于城市排水安全及水司的管网管理优化具有重要意义。

4、在公开号为cn116595747a的中国专利文件中公开了一种基于粒子群算法的swmm模型率定的方法，包括利用分类子汇水区，生成不同的类别区；根据历史降雨量计算研究区域的降雨历时和每一个所述类别区的动态径流系数；基于理论雨水流量分别对swmm模型的不确定参数进行寻优。该方法通过粒子群算法实现对不同分类的子汇水区不确定参数寻优，减少了人为主观性。但该方法通过使粒子群算法求解动态径流系数，由于现实中在线底层模型不能频繁发生变化，这可能导致工作量和维护成本加大。

5、在公开号为cn115689051a的中国专利文件中公开了一种基于ga算法耦合morris和glue的swmm模型参数自动率定方法，其中提到先利用全局不确定分析glue方法进行大量的重复模型模拟，来缩小参数的取值区间；再利用通过单目标与多目标约束的遗传算法进行参数优化，实现对swmm模型的参数率定。该方法在前期利用大量的重复模型模拟，来缩小参数的取值区间本质是为了尽量较少合理化参数的取值空间，但大量的重复计算在大型模型的层面上是非常耗时的，直接采用官方文档中的建议值可以在这个层面上减少大量的计算时间，同时采用ga算法由于不具有精英保留策略，很容易导致最优解丢失。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种排水管网模型参数的自动率定方法及存储介质，可快速准确地率定管网模型中的不确定性参数。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种排水管网模型参数的自动率定方法，包括：

3、构建排水管网的水力模型；

4、分别根据所述水力模型的各模型参数的取值范围，随机生成各模型参数的初始值，并通过模拟退火算法，确定各模型参数的最优值，所述模型参数包括不透水区曼宁糙率系数、透水区曼宁糙率系数、不透水区洼地蓄水深度、透水区洼地蓄水深度、最大入渗率、最小入渗率、渗透衰减系数和排干时间。

5、本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。

6、本发明的有益效果在于：通过建立管网水力模型并通过模拟退火算法自动寻找参数最优解，克服了传统人工率定方法主观性强、率定精度不高的问题，可快速准确地率定管网模型中的不确定性参数，从而降低模型模拟值与实际监测值的差距，不仅大大提高了模型的准确性，还大幅降低了模型校准的时间和人力成本。

技术特征：

1.一种排水管网模型参数的自动率定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的排水管网模型参数的自动率定方法，其特征在于，所述分别根据所述水力模型的各模型参数的取值范围，随机生成各模型参数的初始值，并通过模拟退火算法，确定各模型参数的最优值，具体为：

3.根据权利要求2所述的排水管网模型参数的自动率定方法，其特征在于，所述根据当前解对应的各液位监测点在预设的多个时刻的模拟水深以及各液位监测点在预设的多个时刻的实际水深，计算当前解对应的适应度，具体为：

4.根据权利要求2所述的排水管网模型参数的自动率定方法，其特征在于，所述预设的迭代终止条件包括达到预设的最大迭代次数、当前温度小于预设的终止温度以及连续预设迭代轮次中新解对应的适应度与当前解对应的适应度的差值小于预设的阈值中的至少一个；

5.根据权利要求1所述的排水管网模型参数的自动率定方法，其特征在于，所述分别根据所述水力模型的各模型参数的取值范围，随机生成各模型参数的初始值，并通过模拟退火算法，确定各模型参数的最优值，具体为：

6.根据权利要求1所述的排水管网模型参数的自动率定方法，其特征在于，所述分别根据所述水力模型的各模型参数的取值范围，随机生成各模型参数的初始值，并通过模拟退火算法，确定各模型参数的最优值之前，进一步包括：

7.根据权利要求6所述的排水管网模型参数的自动率定方法，其特征在于，所述各液位监测点的实际值进行完整性评估和波动性评估，具体为：

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种排水管网模型参数的自动率定方法及存储介质，方法包括：构建排水管网的水力模型；分别根据所述水力模型的各模型参数的取值范围，随机生成各模型参数的初始值，并通过模拟退火算法，确定各模型参数的最优值，所述模型参数包括不透水区曼宁糙率系数、透水区曼宁糙率系数、不透水区洼地蓄水深度、透水区洼地蓄水深度、最大入渗率、最小入渗率、渗透衰减系数和排干时间。本发明可快速准确地率定管网模型中的不确定性参数。

技术研发人员：黄俊,朱汉斌,刘静,王林森,张俊
受保护的技术使用者：上海慧水科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25