CN112101818B - 一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法 - Google Patents

一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，包括：构建城区水力联系拓扑关系图；确定洪涝调度的主要节点、优化计算时段间隔；根据洪涝调度的主要控制目标，确定洪涝调度的目标函数；确定洪涝调度的约束条件；根据洪涝调度的目标函数和约束条件，建立洪涝调度模型；按照洪涝调度的目标函数优先级，采用分层优化法，结合洪涝调度的优化计算时段间隔，优化求解洪涝调度模型，集成洪涝调度系统，并根据洪涝调度模型的优化调度结果，指导城区洪涝调度。本发明针对具有复杂网状水力联系的海绵城市洪涝调度问题，可避免现有经验调度方式的盲目性，实现城市洪涝问题的科学和精细化调度，消除或最大程度减轻城市洪涝灾害损失。

Description

一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法
技术领域
本发明涉及城市防洪减灾技术领域，更具体的涉及一种适用于复杂网状水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法。
背景技术
城市防洪减灾是海绵城市建设的主要目的之一，海绵城市建设旨在通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种技术，维持或恢复城市的“海绵”功能，实现城市良性水文循环。从非工程措施角度分析，为系统而又高效地发挥工程对洪水的削减、转输、调蓄等功能，达到有效消除或减轻城市雨洪灾害目的，开展城市洪涝优化调度工作，形成科学的调度决策和方案，这些非工程措施是海绵城市建设不可回避的重要工作。
现有的城市洪涝灾害研究和防洪减灾方法主要集中在城市洪涝过程模拟和洪涝预报，城市洪涝调度方面则存在欠缺，以经验调度为主，优化调度鲜有涉及。海绵城市建设重构了城市下垫面、水系空间，输调配水工程以及河湖连通工程使得城市水系统拓扑结构从单纯的树状结构变为复杂的网状结构。与其他区域水资源优化调度相比，海绵城市雨水系统优化调度具有较多特殊性，比如水资源系统环状网络结构、洪水顶托、天然水道和人工渠化水道并存的水量转输和调蓄等问题。经验调度方式和传统的水资源调度方法不能考虑复杂网状水力联系，湖泊蓄泄、控制闸操作和泵排流量决策的时空组合极多，各约束耦合关系复杂，经验调度方式无法做到全域、全时空的统一调度，无法发挥海绵城市工程的最佳效用，因此不能适用于复杂的海绵城市洪涝调度问题。基于此，本发明提出一种适用于复杂网状水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法。
发明内容
本发明实施例提供一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，用以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明实施例提供一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，包括：
分析海绵城市河湖管网系统，构建城区水力联系拓扑关系图；
根据城区水力联系拓扑关系图中的节点，确定洪涝调度的主要节点；并根据主要节点之间的水流传播时间，确定洪涝调度的优化计算时段间隔；
根据洪涝调度的主要控制目标，确定洪涝调度的目标函数；
根据河段流量演算、湖泊水库蓄水限制和水量平衡、关键节点水位和流量控制、河道水位-流量-断面面积关系、控制闸过流能力和相邻时段流量变幅，确定洪涝调度的约束条件；
根据洪涝调度的目标函数和洪涝调度的约束条件，建立洪涝调度模型；
按照洪涝调度的目标函数优先级，采用分层优化法，结合洪涝调度的优化计算时段间隔，优化求解洪涝调度模型；
集成洪涝调度系统，并根据洪涝调度模型的优化调度结果，指导城区洪涝调度。
进一步地，所述根据海绵城市河湖管网系统，构建城区水力联系拓扑关系图，具体包括：
实地考察海绵城市河湖管网系统，结合海绵城市规划设计资料和卫星地图，依据海绵城区防洪排涝主次关系，构建城区水力联系拓扑关系图；
其中，所述海绵城市河湖管网系统包括：河、湖、水库、连通渠、控制闸、排涝泵站、排水管网。
进一步地，所述城区水力联系拓扑关系图中的节点，包括：
关键水位控制点、水文/水位站点、河渠控制闸、排涝泵站。
进一步地，所述洪涝调度的目标函数，包括：
洪涝灾害损失最小，用调度洪峰流量最小、关键水位控制点淹没时长表示；
调度成本最低，用泵排总流量、控制闸操作次数表示。
进一步地，所述洪涝调度的约束条件，具体包括：
考虑水流滞时的城区湖泊(水库)水量平衡，表示为：
考虑水流滞时的城区河道水量平衡，表示为：
其中，i表示湖泊，j表示河道，P表示区间汇流量，Q表示入流量，O表示出流量，A表示流入控制闸集合，B表示流出控制闸集合，m表示控制闸，τm表示控制闸相应渠道的水流传播时间，V表示蓄水量，t表示时段；
湖泊(水库)蓄水限制，表示为：
其中，Vmin、Vmax分别是湖泊允许的最小和最大蓄水量，此处用蓄水量表示与水量平衡一致，避免水位-蓄水量关系的换算，优化计算完成之后再将蓄水量换算为水位；
控制闸过流能力限制，表示为：
其中，k是控制闸编号，是其最大过流能力；
控制闸相邻时段流量变幅应尽可能平稳，表示为：
其中，Δqk是控制闸k在相邻时段的流量变幅；
划分的河段节点处水位-流量-断面面积关系由水文站点数据拟合，缺少基本数据时根据邻近水文站点和水力学公式推算；水位-流量-断面面积关系采用二次表达式拟合，不宜采用高次多项式，以免规划求解中出现数值病态；若曲线关系的线性相关度高，采用线性表达式拟合，同时降低计算复杂度；
河道断面面积-流量关系，表示为：
河道水位-流量关系，表示为：
其中，Q表示流量，S表示断面面积，Z表示水位；
洪涝调度模型中各变量均取非负值。
进一步地，所述洪涝调度的约束条件，具体还包括：
关键节点水位和流量控制、水位顶托关系、调度期湖泊水库初末蓄水量或水位。
本发明实施例提供的适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，还包括：对洪涝调度模型中特殊形式的约束进行处理，使之满足数学规划的要求；
对流量变幅控制涉及的绝对值约束式(5)，进行等价处理如下：
进一步地，所述优化求解洪涝调度模型，具体包括：
求解优先级最高的目标，得到优化调度的最大洪峰流量；
以最大洪峰流量为约束，即在不超过最大洪峰流量的前提下，对泵排流量和控制闸流量变幅进行优化；
在分层优化求解过程中，两级优化均是非线性规划，采用基于Python的优化建模工具Pyomo编程实现洪涝调度模型，并且调用Ipopt采用内点法进行求解。
进一步地，所述集成洪涝调度系统，并根据洪涝调度模型的优化调度结果，指导城区洪涝调度，具体包括：
将优化后的洪涝调度模型集成到洪涝调度系统中，通过txt文本交换数据，输入是预测的城区洪水过程，输出是经过优化计算得到的湖泊水库蓄泄过程和控制闸流量过程；洪涝调度系统接受调度计算命令后，在后台执行调度模型程序，然后在洪涝调度系统界面上显示最优的调度决策，根据最优的调度决策指导城区洪涝调度。
本发明实施例提供一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
本发明针对具有复杂网状水力联系的海绵城市洪涝调度问题，通过水资源系统分析方法，运用数学规划理论，构建科学有效的优化调度模型求解方法，为城市洪涝调度和防洪减灾提供科学的方案和决策；该洪涝优化调度方法可避免现有经验调度方式的盲目性，实现城市洪涝问题的科学和精细化调度，消除或最大程度减轻城市洪涝灾害损失；系统而又高效地发挥海绵城市工程对洪水的的削减、转输、调蓄等功能，形成科学的调度决策和方案，达到有效消除或减轻城市雨洪灾害的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的海绵城市洪涝调度模型和方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的萍乡城区河湖管网系统拓扑结构；
图3为本发明实施例提供的萍乡水文站历史实测和模拟调度的水位-流量对比关系图；
图4为本发明实施例提供的五丰水文站(五丰河口)历史实测和模拟调度的水位-流量对比关系图；
图5为本发明实施例提供的各湖泊蓄水过程；
图6a为本发明实施例提供的控制闸k＝1流量过程；
图6b为本发明实施例提供的控制闸k＝2流量过程；
图6c为本发明实施例提供的控制闸k＝3流量过程；
图6d为本发明实施例提供的控制闸k＝5流量过程；
图6e为本发明实施例提供的控制闸k＝6流量过程；
图6f为本发明实施例提供的控制闸k＝7流量过程。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例提供一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，该方法包括：
步骤1，分析海绵城市河湖管网系统水力关系和结构，构建水力联系拓扑关系图。
步骤2，根据研究区域的河湖水力联系、关键水位控制点、水文/水位站点、河渠控制闸和排涝泵站等，确定洪涝调度的主要节点，考虑主要节点之间的水流传播时间，确定调度计算的时段间隔；
步骤3，根据洪涝调度的主要控制目标，确定洪涝调度的目标函数；
步骤4，根据河段流量演算、湖泊(水库)蓄水限制和水量平衡、关键节点水位和流量控制、河道水位-流量-断面面积关系、控制闸过流能力和相邻时段流量变幅，确定洪涝调度的约束条件；
步骤5，根据洪涝调度的目标函数和洪涝调度的约束条件，建立洪涝优化调度模型，对模型中特殊形式的约束进行处理，使之满足数学规划的要求；
步骤6，求解并验证所述洪涝调度模型；
步骤7，基于所述洪涝调度模型的优化调度结果指导城区洪涝调度。
对上述步骤1～7的具体说明如下：
对于步骤1：海绵城市输调配水工程以及河湖连通工程使得城市水系统拓扑结构从单纯的树状结构变为复杂的网状结构，系统主要由河、湖(水库)、连通渠、控制闸、排涝泵站、排水管网等组成。通过实地考察，结合海绵城市规划设计资料和卫星地图，依据城区防洪排涝主次关系，构建城区水力联系拓扑关系图。
对于步骤2：海绵城市防涝调度主要针对场次暴雨，即以场次暴雨历时为调度期。优化调度计算采用的时间间隔应考虑模型的精度需求，以及时段间隔与关键节点之间水流传播时间的耦合关系。
对于步骤3：海绵城市洪涝调度常用的控制目标是洪涝灾害损失最小和调度成本最低，前者可用调度洪峰流量最小、关键水位控制点淹没时长等表示，后者可用泵排总流量、控制闸操作次数等表示。
对于步骤4：具体包括以下步骤：
步骤4.1，一般地，考虑水流滞时的城区湖泊(水库)水量平衡可表示为
考虑水流滞时的城区河道水量平衡可表示为
其中，i表示湖泊，j表示河道，P表示区间汇流量，Q表示入流量，O表示出流量，A表示流入控制闸集合，B表示流出控制闸集合，m表示控制闸，τm表示控制闸相应渠道的水流传播时间，V表示蓄水量，t表示时段。
步骤4.2，湖泊(水库)蓄水限制一般可表示为
其中Vmin、Vmax分别是湖泊允许的最小和最大蓄水量。此处用蓄水量表示与水量平衡一致，避免水位-蓄水量关系的换算，优化计算完成之后再将蓄水量换算为水位即可。
步骤4.3，控制闸过流能力限制一般可表示为
其中k是控制闸编号，是其最大过流能力。控制闸相邻时段流量变幅应尽可能平稳，一般可表示为
其中Δqk是控制闸k在相邻时段的流量变幅。
步骤4.4，划分的河段节点处水位-流量-断面面积关系由水文站点数据拟合，缺少基本数据时可根据邻近水文站点和水力学公式推算。水位-流量-断面面积关系采用二次表达式拟合，不宜采用高次多项式，以免规划求解中出现数值病态；若曲线关系的线性相关度很高，也可采用线性表达式拟合，同时降低计算复杂度。河道断面面积-流量关系一般可表示为
河道水位-流量关系一般可表示为
其中Q表示流量，S表示断面面积，Z表示水位。
步骤4.5，模型中各变量均取非负值，涉及的其他约束还包括：关键节点水位和流量控制，水位顶托关系，调度期湖泊(水库)初末蓄水量(或水位)等。
对于步骤5：对模型中的非标准约束进行处理，使其满足数学规划的要求。这里主要是流量变幅控制涉及的绝对值约束，式(5)可等价处理如下：
对于步骤6：具体包括以下步骤：
步骤6.1，调度模型一般涉及多个目标函数，按目标函数的优先级采用分层优化法求解。其中防洪效益最为重要，即先求解优先级最高的目标，得到优化调度的最大洪峰流量；然后以此为约束，即在不超过此洪峰流量的前提下，对泵排流量和控制闸流量变幅进行优化。
步骤6.2，在分层优化求解过程中，两级优化均是非线性规划，采用基于Python的优化建模工具Pyomo编程实施上述调度模型，调用Ipopt采用内点法进行求解。
步骤6.3，以城区典型洪水过程为输入，采用上述优化调度模型和求解方法进行模拟调度，分析计算结果和调度决策的合理性、可操作性，对调度模型和求解方法进行修正。
对于步骤7：以预测的城区洪水过程为输入，运用上述调度模型和方法，得到城区河湖各控制闸和排涝泵站的调度方案。在实际运用中，可根据城区水雨情监测和预报，每隔若干时段滚动更新，不断生成新的调度决策，进一步提高调度的科学性。
实施例
江西省萍乡市是全国第一批海绵城市建设试点城市之一，城区河湖连通工程情况如下。萍水河田中水文站以上原弯曲河段经裁弯取直之后形成萍水湖，河道行洪能力增加，并且可以配合运用萍水湖的调蓄能力。五丰河上游修建赤山隧洞与黄土开水库下游河道连通，隧洞两侧布设多向闸门，通过闸门的组合运用控制水流方向。枯水期可引黄土开水库水流至玉湖，增加景观效益，洪水期可拦截五丰河上游流量。玉湖位于五丰河中游，出口设闸门控制。五丰河中下游于万龙湾建设路桥下通过箱涵引水至鹅湖，减轻万龙湾等内涝区的防洪压力，鹅湖通过泵站排水至萍水河。五丰河口为防止萍水顶托，设闸门和泵站，必要时关闸排水。
萍乡市洪涝灾害频发，2019年7月萍乡市出现大面积洪涝灾害，其固有缺乏大型调蓄工程的缘故，但也未充分利用现有条件进行合理调度，以减轻其灾害程度。海绵城市建设后，城区河湖关系更为密切，系统更为复杂，亟需科学的调度模型和方法。实施例建立萍乡城区洪涝调度模型，针对2019年7月洪水进行调度，对比分析调度的防洪效益。
(1)河湖系统分析
萍乡市河湖管网雨水系统拓扑关系如图2所示，其中圆圈表示湖泊或水库，环形圆圈表示赤山隧洞，线条表示河流或渠道，箭头表示水流方向。
控制闸及其渠道视为整体，可调控流量，主要属性是最大过流能力。控制闸在图2中用符号k表示，详见表1。
表1控制闸及其渠道
控制闸k 位置及渠道 最大过流能力(m/s)
1 萍水湖进水口 100
2 萍水湖出水口 100
3 经赤山隧洞引水至萍水 17.5
4 经赤山隧洞供水至玉湖 17.5
5 玉湖出水口 20
6 鹅湖进水口(箱涵) 20
7 鹅湖出水口 51.4(泵)
8 五丰河注入萍水 15(泵)
五丰河和萍水河是主要研究对象，依据水力关系、湖泊和控制闸划分节点。五丰河和萍水河的节点位置及沿河距离分别见表2和表3。水流传播时间如下：赤山隧洞经上游支流调水至萍水1h；五丰河1-3河段1h，3-5河段1h；萍水河1-3河段1h，3-7河段1h。
表2五丰河主要节点
序号m 节点位置 沿河距离(km)
1 赤山隧洞 0
2 玉湖入口 4.52
3 玉湖出口 5.98
4 鹅湖入口(箱涵、万龙湾) 7.85
5 河口(注入萍水) 10.01
表3萍水河节点
序号n 节点位置 沿河距离(km)
1 上游支流汇入 0
2 萍水湖入口 8.34
3 萍水湖出口(福田河汇入) 9.2
4 鹅湖出口 13.26
5 五丰河汇入 15.06
6 白源河汇入 15.43
7 萍乡水文站 20
(2)变量定义
①湖泊(萍水湖、玉湖、鹅湖)涉及的主要变量如下：-鹅湖时段汇集水流(萍水湖、玉湖汇集水流计入相应的河道区间)Vi t-湖泊时段蓄水量
Vi min-湖泊最小蓄水量限制
Vi max-湖泊最大蓄水量限制
②河道(五丰河、萍水河)涉及的主要变量如下：
-河道时段区间汇集水流
-河道节点断面流量
-河道节点断面水位
-河道节点断面面积
③控制闸及其渠道涉及的主要变量如下：
-控制闸k(见表1)在时段t通过的流量
-控制闸k的最大过流能力
-控制闸k的时段流量变幅
(3)目标函数
调度期(T)：场次暴雨
时段间隔(t)：小时
①城区洪涝灾害最小，即萍水河下断面(萍乡水文站)最大流量最小
②抽排水费用最小，直接用抽水量(鹅湖泵站)表示
③控制闸流量应尽可能平稳，即变幅最小
(4)约束条件
①湖泊蓄水量限制
②五丰河水量关系
赤山调水流量与上游支流流量/>叠加后不增加上游支流洪峰流量/>
玉湖(i＝2)水量平衡
五丰河3-5河段水量平衡(河段蓄水量＝河段上下断面平均面积×河段长度)
经箱涵引水至鹅湖
鹅湖(i＝3)水量平衡
③萍水河水量关系
萍水河1-3河段水量平衡
萍水湖(i＝1)水量平衡
萍水河3-7河段水量平衡
萍水河下断面(萍乡水文站)最大流量限制
④河湖节点水位关系
萍水湖下泄时，萍水湖出口水位应高于萍水河水位
鹅湖泵站工作外水位限制
其中按河段长插值表示，/>
⑤河道水位-流量-断面面积关系
五丰水文站流量-断面面积关系(多项式系数为a)
萍水河上断面流量-断面面积关系(多项式系数为b)
田中水文站流量-断面面积关系(多项式系数为c)
萍乡水文站流量-断面面积关系(多项式系数为d)
田中水文站水位-流量关系(多项式系数为e)
萍乡水文站水位-流量关系(多项式系数为f)
⑥控制闸约束
控制闸最大过流能力限制
控制闸相邻时段流量变幅控制
⑦决策变量约束
模型中的各变量均取非负值。
(5)求解方法
上述洪水调度模型涉及大量的等式和不等式约束，其中河道的水位-流量-断面面积曲线是非线性关系，这里采用二次多项式表示这些曲线关系(高次多项式的微小系数可能导致数值病态)。因此，该模型是一个大规模的非线性规划问题。
模型涉及三个目标函数，按目标函数的优先级采用分层优化法求解。其中防洪效益最为重要，即先求解优先级最高的目标1，得到优化调度的最大洪峰流量；然后以此为约束，即在不超过此洪峰流量的前提下，对调度费用和控制闸流量及其变幅进行优化，这里直接把目标2和3相加作为目标函数进行求解。
(6)模拟调度分析
2019年7月萍乡城区洪水从8日2:00至10日20:00，共67个时段。萍乡水文站实测和调度的水位-流量对比如图3所示，图中实线表示实测、虚线表示调度。2019年7月8日2:00，水文站实测水位84.18m，相应流量101.83m3/s；至7月8日22:00，水文站实测水位87.04m，相应流量488.78m3/s，已超过淹没高程87m，开始产生内涝；淹没时间23h，最大淹没深度出现在7月9日10:00—11:00(第33个时段)，水位88.32m，最大内涝深度1.32m，相应流量725.42m3/s。优化调度后，9日0:00至22:00出现内涝，最高水位87.70m，最大内涝深度0.70m，内涝深度消减了0.62m，相应流量610m3/s，消减流量115.42m3/s。
五丰水文站实测和调度的水位-流量对比如图4所示，图中实线表示实测、虚线表示调度，。优化调度后，五丰水文站最高水位89.3m，最大流量控制在15m3/s，五丰河主城区不出现内涝。第23个时段(9日0:00—1:00)，五丰河出口处萍水河水位(89.37m)高于五丰河口水位(89.30m)，开始关闸启动泵排，一直维持到第46个时段(9日23:00—24:00)，共24h，泵排流量15m3/s，泵排时长23h。
由此可见，上述调度模型和方法效果明显，有效解决了五丰河主城区的洪涝问题，同时大幅度消减城区出口断面(萍乡水文站)洪峰流量。城区各湖泊调度蓄水过程见图5，各控制闸调度流量过程见图6a～6f。
本发明的洪涝调度模型和方法针对具有复杂网状水力联系的海绵城市洪涝问题，能够充分运用河湖的调蓄能力，河渠控制闸和排涝泵站协调运作，实现了全域、全时空的统一优化调度，得到了洪涝期间各时段各湖泊的蓄泄决策和各控制闸的过流量决策。该优化调度模型和方法可避免现有经验调度方式的盲目性，实现城市洪涝问题的科学和精细化调度，消除或最大程度减轻城市洪涝灾害损失。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，其特征在于，包括：
分析海绵城市河湖管网系统，构建城区水力联系拓扑关系图；
根据城区水力联系拓扑关系图中的节点，确定洪涝调度的主要节点；并根据主要节点之间的水流传播时间，确定洪涝调度的优化计算时段间隔；
根据洪涝调度的主要控制目标，确定洪涝调度的目标函数；
根据河段流量演算、湖泊水库蓄水限制和水量平衡、关键节点水位和流量控制、河道水位-流量-断面面积关系、控制闸过流能力和相邻时段流量变幅，确定洪涝调度的约束条件；
根据洪涝调度的目标函数和洪涝调度的约束条件，建立洪涝调度模型；
按照洪涝调度的目标函数优先级，采用分层优化法，结合洪涝调度的优化计算时段间隔，优化求解洪涝调度模型；
集成洪涝调度系统，并根据洪涝调度模型的优化调度结果，指导城区洪涝调度；
所述优化求解洪涝调度模型，具体包括：
求解优先级最高的目标，得到优化调度的最大洪峰流量；
以最大洪峰流量为约束，即在不超过最大洪峰流量的前提下，对泵排流量和控制闸流量变幅进行优化；
在分层优化求解过程中，两级优化均是非线性规划，采用基于Python的优化建模工具Pyomo编程实现洪涝调度模型，并且调用Ipopt采用内点法进行求解；
所述洪涝调度的约束条件，具体包括：
考虑水流滞时的城区湖泊水量平衡，表示为：
考虑水流滞时的城区河道水量平衡，表示为：
其中，i表示湖泊，j表示河道，P表示区间汇流量，Q表示入流量，O表示出流量，A表示流入控制闸集合，B表示流出控制闸集合，m表示控制闸，τm表示控制闸相应渠道的水流传播时间，V表示蓄水量，t表示时段；
湖泊蓄水限制，表示为：
其中，Vmin、Vmax分别是湖泊允许的最小和最大蓄水量，此处用蓄水量表示与水量平衡一致，避免水位-蓄水量关系的换算，优化计算完成之后再将蓄水量换算为水位；
控制闸过流能力限制，表示为：
其中，k是控制闸编号，是其最大过流能力；
控制闸相邻时段流量变幅应尽可能平稳，表示为：
其中，Δqk是控制闸k在相邻时段的流量变幅；
划分的河段节点处水位-流量-断面面积关系由水文站点数据拟合，缺少基本数据时根据邻近水文站点和水力学公式推算；水位-流量-断面面积关系采用二次表达式拟合，不宜采用高次多项式，以免规划求解中出现数值病态；若曲线关系的线性相关度高，采用线性表达式拟合，同时降低计算复杂度；
河道断面面积-流量关系，表示为：
河道水位-流量关系，表示为：
其中，Q表示流量，S表示断面面积，Z表示水位；
洪涝调度模型中各变量均取非负值。
2.如权利要求1所述的适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，其特征在于，所述根据海绵城市河湖管网系统，构建城区水力联系拓扑关系图，具体包括：
实地考察海绵城市河湖管网系统，结合海绵城市规划设计资料和卫星地图，依据海绵城区防洪排涝主次关系，构建城区水力联系拓扑关系图；
其中，所述海绵城市河湖管网系统包括：河、湖、水库、连通渠、控制闸、排涝泵站、排水管网。
3.如权利要求1所述的适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，其特征在于，所述城区水力联系拓扑关系图中的节点，包括：
关键水位控制点、水文/水位站点、河渠控制闸、排涝泵站。
4.如权利要求1所述的适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，其特征在于，所述洪涝调度的目标函数，包括：
洪涝灾害损失最小，用调度洪峰流量最小、关键水位控制点淹没时长表示；
调度成本最低，用泵排总流量、控制闸操作次数表示。
5.如权利要求1所述的适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，其特征在于，所述洪涝调度的约束条件，具体还包括：
关键节点水位和流量控制、水位顶托关系、调度期湖泊水库初末蓄水量或水位。
6.如权利要求1所述的适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，其特征在于，还包括：对洪涝调度模型中特殊形式的约束进行处理，使之满足数学规划的要求；
对流量变幅控制涉及的绝对值约束式(5)，进行等价处理如下：
7.如权利要求1所述的适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法，其特征在于，所述集成洪涝调度系统，并根据洪涝调度模型的优化调度结果，指导城区洪涝调度，具体包括：
将优化后的洪涝调度模型集成到洪涝调度系统中，通过txt文本交换数据，输入是预测的城区洪水过程，输出是经过优化计算得到的湖泊水库蓄泄过程和控制闸流量过程；洪涝调度系统接受调度计算命令后，在后台执行调度模型程序，然后在洪涝调度系统界面上显示最优的调度决策，根据最优的调度决策指导城区洪涝调度。
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