一种考虑管道淤积影响的地表水和地下水智能模拟模型

《Scientific Reports》：An intelligent model for surface and subsurface water simulation considering the effect of pipeline siltation

　　

摘要

雨水管渠淤积是城市内涝的重要诱因，然而现有模型对其对管段尺度水力阻力及地表–地下流交换的影响表征不足。本研究将多因子耦合概率淤积函数、混沌自适应遗传算法优化概率沉积以及注意力双向长短期记忆神经网络相结合，提出了一种管道淤积颗粒沉降的智能预测模型。在此基础上，引入流体动态演化过程的瞬时连续性控制方程、瞬时动量守恒控制方程、淤积管道流动控制方程及平移控制方程，建立了淤积管道溢流特性的高分辨率模型。最后，通过整合不同场景下淤积管道的水流交换控制方程，提出了考虑管道淤积影响的洪水演进模拟模型。对比分析结果表明，当淤积程度从0增至0.3时，淤积管道溢流特性高分辨率模型的平均精度和关联系数演化区间分别为[0.934, 0.951]和[0.975, 0.986]。水力分析进一步表明，管道淤积通过有效过流面积减小和附加淤积床阻力的共同作用降低了输水能力，而阻塞流量随淤积程度非线性增加，且在管道接近半满状态时敏感性增强。与传统的洪水模拟模型相比，考虑管道淤积影响的洪水演进模拟模型具有较高的精度。