stormwater系统中的洪水风险缓解与阀门控制：状态空间建模、控制算法与案例研究

廉价传感器的日益普及、计算能力的提升以及风暴事件预报准确性的提高，为将洪水管理实践从静态方法转向基于优化的城市排水系统实时控制（RTC）提供了独特机遇。近期研究提出了大量针对雨水库洪水控制的策略；然而，先进的控制理论技术尚未在这些系统中得到充分研究与应用。此外，目前缺乏由流域、水库和渠道组成的防洪耦合集成控制模型。为此，我们建立了水库和一维渠道中水文与水动力过程的新型状态空间模型。该模型在不同类型的水库控制策略下进行了测试：基于实时测量的（反应式控制），以及基于系统未来行为预测（利用降雨预报的预测式控制）。我们将该建模方法应用于由单一流域、水库和串联渠道组成的系统，并采用圣安东尼奥观测降雨数据。结果表明，对于洪水缓解，预测式控制策略不仅在合成设计暴雨事件中，也在连续模拟中均优于反应式控制。此外，预测式控制策略所需阀门操作更少，同时仍能保证高效的水文性能。根据结果，我们推荐使用模型预测控制策略来控制雨水系统，因其能够处理不同的目标函数，这些函数可根据降雨预报进行调整，并将水库运行从基于洪水的控制转变为侧重于增加滞留时间的策略，具体取决于预报情况。