[发明专利]一种海绵城市布局优化多目标决策方法

说明书

一种海绵城市布局优化多目标决策方法，解决了现有LID设施布局目标选择单一、决策效率低下以及难以穷尽潜在优化方案的问题，属于城市防洪排涝、市政工程、环境工程以及计算机技术交叉领域。本发明包括：S1、建立雨水调控多目标决策模型：确定LID布局的决策变量和参数，以LID设施总建设费用最小、雨水年综合径流系数最小和LID系统综合污染物控制率最大为目标函数，确定边界条件；S2、使用NSGA‑II遗传算法对雨水调控多目标决策模型中的决策变量进行求解，得到雨水调控多目标决策模型中决策变量的最优解集。

技术领域

本发明涉及一种基于NSGA-II遗传算法的海绵城市布局优化多目标决策方法，属于城市防洪排涝、市政工程、环境工程以及计算机技术交叉领域。

背景技术

随着城镇化进程加快，城市开发对水系统破坏严重。城市不透水面的急剧增加和土壤下渗能力的降低，导致雨水下渗量减少、径流量不断增加，大部分雨水径流仅能通过雨水管网排出，城市水循环系统被打断，城市内涝问题日趋严重。为解决城市化进程中的雨洪管理问题，现有以低影响开发(low impact development，LID)为核心理念，结合实际发展需求，提出了海绵城市的概念，形象地指出：在雨水管理方面，城市具有良好的积存、渗透和净化能力，即城市能够像海绵一样具有良好的“弹性”，其建设途径主要包括对开发前水系统的保护、对已被破坏水环境的修复，以及对城市景观设计中低影响开发措施的融入。

为了合理有效地管理城市雨水问题，以SWMM为代表的水文模型在海绵城市设施布局及效果评价方面已得到广泛应用。然而，这种依赖水文模型的LID设施布局方法在实践中仍然存在一些需要改进与优化的地方。首先，在决策目标的选择方面，已有研究与实践大多集中于对单一目标(如径流控制)改造效果的模拟与评价，但海绵城市作为一个综合性生态工程，其改造效果理应从多个方面进行考量，以满足现实中多维的工程设计目标要求；其次，在决策效率方面，这种主要依靠手工布局的方法存在建模效率低下、难以穷尽潜在优化方案等问题，因此亟需寻求新的方法支持。

发明内容

针对现有LID设施布局目标选择单一、决策效率低下以及难以穷尽潜在优化方案的问题，本发明提供一种基于NSGA-II遗传算法的海绵城市布局优化多目标决策方法。

本发明的一种海绵城市布局优化多目标决策方法，其特征在于，所述方法包括:

S1、建立雨水调控多目标决策模型：确定LID布局的决策变量和参数，以LID设施总建设费用最小、雨水年综合径流系数最小和LID系统综合污染物控制率最大为目标函数，确定边界条件；

S2、使用NSGA-II遗传算法对雨水调控多目标决策模型中的决策变量进行求解，得到雨水调控多目标决策模型中决策变量的最优解集。

作为优选，所述S1中，雨水调控多目标决策模型为：

其中，f₂表示雨水年综合径流系数，f₂≤0.3；下标i表示LID设施的种类标号；A_i表示第i种LID设施建设面积；W_i表示第i种LID设施建设单价；C_i表示第i种LID设施捕获比；ψ_i表示第i种LID设施径流系数；ψ′表示城区综合径流系数；S₀表示新建/改造区面积；S₁表示建成区面积；S表示城区总面积；β_i,j表示第i种LID设施对第j种污染物的去除率；σ_j表示第j种污染物的污染物综合权重；j表示污染物的种类标号；

边界条件包括雨水年综合径流系数f₂的边界和LID设施建设面积的边界。

作为优选，所述S1中，决策变量包括绿色屋顶面积、透水铺装面积、下凹绿地面积、生物滞留池面积、植草沟面积与雨水花园面积。