CN111898222A - 排水系统设计方法、系统、存储介质、排水系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于排水系统设计技术领域，公开了一种排水系统设计方法、系统、存储介质、排水系统及应用，通过依据管道上下游顺序求解各设计规范约束的可行域的交集，以确定各管道的管径与坡度选择的可行域，并结合工程经验确定较为经济的设计方案作为初始解集，随后采用初始解集启动智能优化算法进行高效优化设计。相对于传统的推理公式法与随机产生初始解的多目标优化法，本发明可显著地提高优化设计的时间效率与设计方案的质量，且易于实施。本发明通过生成基于工程经验的初始解集用于优化计算过程，大大加快智能优化算法的寻优速度，能够产生在设计要求下不发生城市内涝且造价经济的排水系统设计方案。

Description

排水系统设计方法、系统、存储介质、排水系统及应用

技术领域

本发明属于排水系统设计技术领域，尤其涉及一种排水系统设计方法、系统、存储介质、排水系统及应用。

背景技术

近年以来，城市内涝问题频发，对城市发展和居民生活带来严重影响。据统计，2011年全球由洪水造成的经济损失高达700亿美元，意外死亡事故6000 余起；2012年7月21日北京及其周边地区遭遇61年来最强暴雨，局部降雨量约460mm，并引发重大洪涝灾害，共造成死亡79人，受灾人数约160.2万人，房屋倒塌约10660间，经济损失约116.4亿元。城市内涝的成因包括气候变化、城市热岛效应、城市下垫面变化、城市排水系统设计不合理等。其中，排水系统合理设计在缓解与解决城市内涝问题上最为直接有效。

现阶段排水系统设计多采用传统的推理公式法，该方法具有简单明了、计算速度快等优点，但其降雨径流物理过程过于简化，只能使用芝加哥暴雨强度公式，无法考虑真实降雨过程、下渗等问题，因此实际应用时城市排水系统无法满足排水需求，造成城市内涝。基于这种问题，近年来排水领域的学者与工程师们开发了一类基于雨洪管理模型(SWMM)与智能算法耦合的排水系统优化设计方法。该类方法可以将真实降雨数据作为输入并充分考虑下渗、入渗等水文过程，其模拟与优化设计结果更符合事实。但是，该类方法普遍采用随机方法生成初始解集合，在应用于排水系统优化设计时通常需要耗费巨大的算力与时间开支才能找到优化可行解，对于大型复杂管网优化设计问题甚至可能计算数周也找不到可行解。例如，对于一个具有53根管道与子流域的真实城市排水系统采用SWMM与多目标进化算法Borg耦合的方法进行优化设计，在 2.9GHz戴尔PC(Inter R)平台上完成500,000次子代生成需要耗时180小时(7.5 天)且需要重复运行数次才有能找到可行解。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现阶段排水系统的降雨径流物理过程过于简化，只能使用芝加哥暴雨强度公式，无法考虑真实降雨过程、下渗等问题，因此实际应用时城市排水系统无法满足排水需求，造成城市内涝。

(2)基于雨洪管理模型与智能算法耦合的排水系统优化设计方法在应用于排水系统优化设计时通常需要耗费巨大的算力与时间开支才能找到优化可行解，对于大型复杂管网优化设计问题甚至可能计算数周也找不到可行解，导致最终设计方案存在局部安全隐患。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)传统排水系统设计方法受限于物理模型与降雨过程过于简化，必须重新建立一套更贴近现实的降雨径流模型。

(2)目前人针对排水系统优化耗时巨大的问题有着广泛的研究，但仍未找到一个效果显著且普遍适用的方法。

(3)大型排水系统优化设计的解空间高度复杂，现有智能优化方法难以有效找到可行解。

解决以上问题及缺陷的意义为：

(1)采用更真实的物理模型可以确保排水系统在设计暴雨下不发生内涝，避免经济损失和人员伤亡。

(2)显著节约排水系统优化设计的时间开支与计算开支。

(3)突破大型复杂排水系统设计难以确定可行解的难题，杜绝由于设计缺陷造成的局部安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种排水系统设计方法、系统、存储介质、排水系统及应用。

本发明是这样实现的，一种排水系统设计方法，所述排水系统设计方法包括：

第一步，排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束；

第二步，根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号，编号1即为最上游管道；

第三步，确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照确定的编号顺序对管道进行管径与坡度设计；

第四步，确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度。

进一步，所述第一步包括：

无溢流 V_j＝0 (1)

最小设计坡度 S_min≤S_i (4)

管径递进原则 D_i≥Max{Ω(D_i)} (5)

采用公称管径 D_i∈Z (6)

最小覆土厚度 E_min≤UE_i,E_min≤DE_i (7)

式中V_j为检查井j的溢流量，单位为m³；h_i是管道洪峰水深，D_i为管道i的管径，单位为mm，

是管道洪峰充满度；v_i为管道i的洪峰流速；S_i为管道i 的坡度；UE_i(m)与DE_i(m)分别为管道上游端和下游端的覆土厚度，E_min为规范最小覆土厚度。

进一步，所述第三步包括：确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照步骤2确定的编号顺序对管道i进行管径与坡度设计；设计过程分为阶段A和阶段B。

进一步，所述阶段A：确定管道i管径与坡度的可行域包括：

1)确定管道可采用的所有公称管径集合{D₁,D₂,D₃,...,D_n-1,D_n}以满足公式 D_i∈Z；

2)根据管径递进原则D_i≥Max{Ω(D_i)}，确定管道i的上游管道中的最大管径并作为管道i的最小可行管径；若管道i无上游管道，则所有公称管径均可使用；

3)根据公式S_min≤S_i确定管道i的最小坡度；

4)对于确定的可行管径集合，采用公式

确定管道i的最大最小可行坡度，公式为圆管流曼宁公式的变式：

式中，D_i为可行管径；v_i为公式v_min≤v_i≤v_max预设的最大流速或最小流速，当其为最大流速时，所得S_i为最大可行坡度，反之为最小可行坡度。

管道i的过水能力需大于等于该管道的设计流量Q_i，即该管道的坡度需满足公式

公式为曼宁公式的变式，设计流量Q_i由推理公式法计算获得：

式中，

为子流域的径流系数，F_i为子流域的面积，单位为m²；q为降雨强度，单位为(L/s/m²)，参数a,b,c与d由当地水利部门提供，P为暴雨的重现期，

为流域的汇流时间，

为径流时间；

5)求解确定的域的交集，管道i管径与坡度的可行域即被确定。

进一步，所述阶段B：确定管道i的管径与坡度包括：基于确定的可行域，选定其最小可行管径作为管道i的设计管径D_i；

确定管径D_i后，管道坡度S_i的选择基于工程经验需结合子流域的坡度。当地面坡度大于D_i对应的最大可行坡度时，管道坡度S_i为D_i对应的最大可行坡度；当地面坡度位于D_i对应的坡度可行范围内时，管道坡度S_i等于地面坡度；当地面坡度小于D_i对应的最小可行坡度时，管道坡度S_i为D_i对应的最小可行坡度。

进一步，所述第四步确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度后将确定的初始解集合作为智能优化算法的初始解集合的子集，剩余部分初始解以随机方式产生。

本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述包括下列步骤：

第一步，排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束；

第二步，根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号，编号1即为最上游管道；

第三步，确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照确定的编号顺序对管道进行管径与坡度设计；

第四步，确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的排水系统设计方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述排水系统设计方法的排水系统设计系统，所述排水系统设计系统包括：

排水系统优化约束模块，用于将排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束；

管道编号确定模块，用于根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号；

管道管径与坡度设计模块，用于确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照确定的编号顺序对管道进行管径与坡度设计；

管道管径与坡度及可行域确定模块，用于确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度。

本发明的另一目的在于提供一种所述排水系统设计方法在城市排水系统中的应用。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过生成基于工程经验的初始解集用于优化计算过程，大大加快智能优化算法的寻优速度，能够产生在设计要求下不发生城市内涝且造价经济的排水系统设计方案。

本发明采用结合排水领域知识和工程规范的初始解集生成方法，得到符合工程规范和排水系统基本要求的初始解集，促使智能优化算法迅速找到可行解。同时，本发明将工程经验(如造价主要由土地开挖方量影响)结合在内，所产生的初始解集将具有较经济的工程造价，更进一步加快了智能算法的寻优速度，提高了优化设计方案的质量并节省了大量的时间。

本发明基于工程经验与设计规范，产生的初始解集具有较强的工程合理性。产生的初始解集应用于智能优化算法时可以显著加快智能算法的寻优速度，进而节约大量的时间并产生更经济科学的设计方案。

附图说明

图1是本发明实施例提供的排水系统设计方法流程图。

图2是本发明实施例提供的排水系统设计系统的结构示意图；

图中：1、排水系统优化约束模块；2、管道编号确定模块；3、管道管径与坡度设计模块；4、管道管径与坡度机及可行域确定模块。

图3是本发明实施例提供的排水系统设计方法的选点示意图。

图中：(a)产生第2,000个子代；(b)产生第67,000个子代。

图4是本发明实施例提供的排水系统管网拓扑结构图；

图5是本发明实施例提供的优化设计结果对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种排水系统设计方法、系统、存储介质、排水系统及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的排水系统设计方法包括以下步骤：

S101：排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束。

S102：根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号，编号1即为最上游管道。

S103：确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照确定的编号顺序对管道进行管径与坡度设计。

S104：确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度。

如图2所示，本发明实施例提供的排水系统设计系统包括：

排水系统优化约束模块1，用于将排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束。

管道编号确定模块2，用于根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号。

管道管径与坡度设计模块3，用于确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照确定的编号顺序对管道进行管径与坡度设计。

管道管径与坡度机及可行域确定模块4，用于确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明实施例提供的排水系统设计方法具体包括以下步骤：

(1)排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束：

无溢流 V_j＝0 (1)

最小设计坡度 S_min≤S_i (4)

管径递进原则 D_i≥Max{Ω(D_i)} (5)

采用公称管径 D_i∈Z (6)

最小覆土厚度 E_min≤UE_i,E_min≤DE_i (7)

式中V_j为检查井j的溢流量(m³)；h_i是管道洪峰水深，D_i为管道i的管径(mm)，

是管道洪峰充满度；v_i为管道i的洪峰流速；S_i为管道i的坡度；UE_i(m)与DE_i(m)分别为管道上游端和下游端的覆土厚度，E_min为规范最小覆土厚度。该一系列约束旨在：排水系统在设计暴雨作用下不可发生溢流(公式1)；管道的洪峰充满度应处在合理范围内以避免选用过大的管径造成浪费(公式2)；管道洪峰流速不应过大过小以避免造成冲刷或者沉积(公式3)；管道坡度不应小规范规定的最小值(公式4)。公式5确保了管径的上下游大小关系满足不递减的要求，且所用管径必须为公称管径(公式6)；最后，管道两端的埋深不应过小以防止被路面荷载破坏(公式7)。

(2)根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号，编号1即为最上游管道。

(3)确定设计管道洪峰充满度集合(如{1.00,0.95,0.90,...,0.60}，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解)，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照步骤2确定的编号顺序对管道i进行管径与坡度设计。设计过程分为两个阶段，阶段A确保管径与坡度的选择是符合工程规范的，阶段B结合工程经验使设计方案的整体造价较低。

(4)阶段A：确定管道i管径与坡度的可行域

1)首先确定管道可采用的所有公称管径集合{D₁,D₂,D₃,...,D_n-1,D_n}以满足公式(6)。在图1中，令n＝5以便于说明。

2)根据管径递进原则(约束5)，确定管道i的上游管道中的最大管径并作为管道i的最小可行管径。若管道i无上游管道，则所有公称管径均可使用。在图1(a)实例中，假设管道i的上游管道中最大管径为D₂，故其管径可行集合更新为{D₂,D₃,D₄,D₅}。

3)根据公式(4)确定管道i的最小坡度，如图3(a)中的黑色实线。

4)对于2)确定的可行管径集合，采用公式(8)确定管道i的最大最小可行坡度(分别为图3(a)中的空心圆与实心圆)，该公式为圆管流曼宁公式的变式：

式中，D_i为可行管径；v_i为公式(3)预设的最大流速或最小流速，当其为最大流速时，所得S_i为最大可行坡度，反之为最小可行坡度。由图1(a)中的竖直虚线所示，该步骤确定了一个域。

为满足公式(1)的无溢流要求，管道i的过水能力需大于等于该管道的设计流量Q_i，即该管道的坡度需满足公式(10)。该公式为曼宁公式的变式，设计流量Q_i由推理公式法计算获得，

式中，

为子流域的径流系数，F_i为子流域的面积(m²)；q(L/s/m²)为降雨强度，参数a,b,c与d由当地水利部门提供，P为暴雨的重现期，

为流域的汇流时间，

为径流时间。本步骤可以确定各可行管径为满足不溢流约束对应的最小坡度(图3(a)中实心正方形)。

5)求解4b,4c,4d,4e步骤确定的域的交集，管道i管径与坡度的可行域即被确定(图3(a)中的灰色阴影区)。由于管径的可行值为离散值，管道i最终获得的可行域以黑色加粗竖线表示(图3(a))。

(5)阶段B：确定管道i的管径与坡度

基于(4)确定的可行域(图3(b)中的垂直加粗实线)，选定其最小可行管径作为管道i的设计管径D_i，这是由于较小的管径能为后续管径选择提供更大的选择空间，且造价更低。图3(b)示例中，D_i＝D₃。

已经确定管径D_i后，管道坡度S_i的选择基于工程经验需结合子流域的坡度。当地面坡度大于D_i对应的最大可行坡度时(图3(b)情况1)，令管道坡度S_i为D_i对应的最大可行坡度；当地面坡度位于D_i对应的坡度可行范围内时(图3(b)情况2)，令管道坡度S_i等于地面坡度；当地面坡度小于D_i对应的最小可行坡度时 (图3(b)情况3)，令管道坡度S_i为D_i对应的最小可行坡度。如此选择坡度的原因是排水系统的造价最主要的影响因素为开挖放量，而开挖放量的最主要影响因素为管道坡度与地面坡度的差值。

(6)将采用上述步骤确定的初始解集合作为智能优化算法(如进化算法、蚁群算法等)的初始解集合的子集，剩余部分初始解以随机方式产生。

为使本发明所提初始解生成方法易于明白，以下结合附图和具体实例对本发明的实施方式进行阐述。图4为一真实城市排水系统拓扑图，系统共划分53 个子流域，有53个检查井、53根排水管道与1个排水口。根据甲方需求，该排水系统的设计需要考虑最小化造价以及最小化系统平均洪峰充满度。本发明采用如下具体实施步骤对其进行基于工程经验与智能算法耦合的高效优化设计。

步骤一：令设计充满度从0.60开始以0.02的步长增长到1.0，并分别采用上述方法产生对应的初始解。最终获得由20个初始解组成的初始解集。

步骤二：选择多目标进化算法Borg作为智能优化算法，将其与雨洪管理模型SWMM进行耦合，并设定总子代生成数目为500,000、初始种群数为1,000、初始最大种群数为2,000。

步骤三：将步骤一中获得的初始解集合作为Borg算法初始种群的一部分，剩余初始种群仍采用传统的随机生成法，随后算法开始优化(记作PM)。

步骤四：采用于步骤二相同的Borg参数，并采用初始种群传统随机生成法启动Borg算法进行优化设计，作为对照组(记作TOM)。

步骤五：收集步骤一、步骤三与步骤四的结果，并作图分析对照(图5)。

由图5可知，本发明所提出的方法显著地加快了排水系统优化设计的速度并提高了设计方案的质量。对于初始解集，其与PM的寻优结果有近似的广度并较为接近，且显著支配于TOM的寻优结果。但值得注意的是由于初始解集生成方法采用曼宁公式与芝加哥暴雨强度公式，无法保证其在基于真实降雨的 SWMM中不发生溢流，即初始解仅为近似可行解，而TOM与PM的解均为可行解。对比PM与TOM(二者均耗时180.4小时)，在产生第2,000个子代时(图 3(a))，PM方法已经初步搜索到了一条贴近初始解集的帕累托前沿，而TOM方法尚未找到可行解；在产生第67,000个子代时(图5(b))，TOM方法首次记录到可行解的存在，但PM方法已经搜索到一个造价与平均充满度均较低且显著支配TOM方法的帕累托前沿；在产生第500,000个子代时(即算法运行结束时)， PM方法产生的设计方案帕累托前沿显著支配于TOM，可见本发明所提出方法显著地提高了设计方案的质量。图5中，PM方法从产生第67,000个子代起至产生第500,000个子代结束，其帕累托前沿整体已经保持不变，而TOM方法帕累托前沿却在不断前进，可见本发明所提出的方法较传统方法显著地节约了排水系统优化设计的时间。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种排水系统设计方法，其特征在于，所述排水系统设计方法包括：

第一步，排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束；

第二步，根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号，编号1即为最上游管道；

第三步，确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照确定的编号顺序对管道进行管径与坡度设计；

第四步，确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度。

2.如权利要求1所述的排水系统设计方法，其特征在于，所述第一步包括：

无溢流V_j＝0 (1)

最小设计坡度S_min≤S_i (4)

管径递进原则D_i≥Max{Ω(D_i)} (5)

采用公称管径D_i∈Z (6)

最小覆土厚度E_min≤UE_i,E_min≤DE_i (7)

式中V_j为检查井j的溢流量，单位为m³；h_i是管道洪峰水深，D_i为管道i的管径，单位为mm，

是管道洪峰充满度；v_i为管道i的洪峰流速；S_i为管道i的坡度；UE_i(m)与DE_i(m)分别为管道上游端和下游端的覆土厚度，E_min为规范最小覆土厚度。

3.如权利要求1所述的排水系统设计方法，其特征在于，所述第三步包括：确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照步骤2确定的编号顺序对管道i进行管径与坡度设计；设计过程分为阶段A和阶段B。

4.如权利要求3所述的排水系统设计方法，其特征在于，所述阶段A：确定管道i管径与坡度的可行域包括：

1)确定管道可采用的所有公称管径集合{D₁,D₂,D₃,...,D_n-1,D_n}以满足公式D_i∈Z；

2)根据管径递进原则D_i≥Max{Ω(D_i)}，确定管道i的上游管道中的最大管径并作为管道i的最小可行管径；若管道i无上游管道，则所有公称管径均可使用；

3)根据公式S_min≤S_i确定管道i的最小坡度；

4)对于确定的可行管径集合，采用公式

确定管道i的最大最小可行坡度，公式为圆管流曼宁公式的变式：

式中，D_i为可行管径；v_i为公式v_min≤v_i≤v_max预设的最大流速或最小流速，当其为最大流速时，所得S_i为最大可行坡度，反之为最小可行坡度；

管道i的过水能力需大于等于该管道的设计流量Q_i，即该管道的坡度需满足公式

公式为曼宁公式的变式，设计流量Q_i由推理公式法计算获得：

式中，

为子流域的径流系数，F_i为子流域的面积，单位为m²；q为降雨强度，单位为(L/s/m²)，参数a,b,c与d由当地水利部门提供，P为暴雨的重现期，

为流域的汇流时间，

为径流时间；

5)求解确定的域的交集，管道i管径与坡度的可行域即被确定。

5.如权利要求3所述的排水系统设计方法，其特征在于，所述阶段B：确定管道i的管径与坡度包括：基于确定的可行域，选定其最小可行管径作为管道i的设计管径D_i；

确定管径D_i后，管道坡度S_i的选择基于工程经验需结合子流域的坡度，当地面坡度大于D_i对应的最大可行坡度时，管道坡度S_i为D_i对应的最大可行坡度；当地面坡度位于D_i对应的坡度可行范围内时，管道坡度S_i等于地面坡度；当地面坡度小于D_i对应的最小可行坡度时，管道坡度S_i为D_i对应的最小可行坡度。

6.如权利要求1所述的排水系统设计方法，其特征在于，所述第四步确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度后将确定的初始解集合作为智能优化算法的初始解集合的子集，剩余部分初始解以随机方式产生。

7.一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述包括下列步骤：

第一步，排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束；

第二步，根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号，编号1即为最上游管道；

第三步，确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照确定的编号顺序对管道进行管径与坡度设计；

第四步，确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度。

8.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～6任意一项所述的排水系统设计方法。

9.一种实施权利要求1～6任意一项所述排水系统设计方法的排水系统设计系统，其特征在于，所述排水系统设计系统包括：

排水系统优化约束模块，用于将排水系统优化设计的显式变量为管道管径与坡度，根据设计规范与工程经验确立排水系统优化设计的约束；

管道编号确定模块，用于根据排水系统拓扑结构与上下游关系确定管道编号；

管道管径与坡度设计模块，用于确定设计管道洪峰充满度集合，每一个设计管道洪峰充满度对应一个初始解，随后依次对集合中的每一个设计洪峰充满度按照确定的编号顺序对管道进行管径与坡度设计；

管道管径与坡度及可行域确定模块，用于确定管道管径与坡度的可行域，确定管道的管径与坡度。

10.一种如权利要求城市排水1～6任意一项所述排水系统设计方法在城市排水系统中的应用。

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