王秋慧1,2，陈磊1,2，白玙1,2，邵知宇1,2，马海元1,2，柴宏祥1,2
（1. 重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400045 2.重庆大学环境与生态学院，重庆400044））
摘要：极端降雨下城市排水系统内涝防控脆弱性凸显，亟需构建多元协同的实时调度框架。本文基于道路风险评估优选多类型调蓄设施并建立分级利用机制，耦合 SWMM 模型与模型预测控制（MPC）算法，构建多情景多目标实时调度模型，实现多设施协同运行。结果表明：高强度降雨下道路风险集中于关键功能区周边，应急设施需求呈“扩展-饱和”特征，社区公园在极端情景中发挥关键调蓄作用；优化调度在常规降雨下降涝提效效果显著，极端情景下效益虽边际递减，但仍为城市防涝韧性提升提供了可行路径与方法支撑。
关键词：城市排水系统；模型预测控制；灰绿蓝基础设施；优化调度；洪水风险评估
城市排水系统是保障城市安全与功能连续的核心基础设施，直接关乎城市韧性与社会经济稳定。全球变暖与快速城市化叠加，极端降雨事件频发强增，城市内涝风险剧增并造成惨重损失，2021年郑州“7・20”暴雨[1]、中欧暴雨[2]等灾害事件均证实，现有排水系统在应对超设计降雨、级联内涝及关键功能区保障方面存在显著短板。
传统排涝体系以灰色基础设施为核心，受投资、用地等条件制约，单纯工程扩容难以应对高异质性、高不确定性的暴雨径流；融合“灰—绿—蓝”设施、挖掘道路行泄与调蓄潜力的多元蓄排体系，已成为城市排涝能力提升的核心方向。模型预测控制（MPC）凭借滚动优化等核心优势[3, 4]，已广泛应用于排水调度研究，证实可显著提升系统防涝能力[5-7]，但其应用仍存在三大核心挑战：一是难以实现多设施全要素协同调度，二是缺乏风险导向的调蓄设施系统化筛选方法，三是复杂地形与极端降雨情景下的研究不足。
针对上述问题，本文提出面向极端降雨的多元蓄排系统优化控制方法：构建以道路积水与通行风险为核心的分级指标体系，实现风险导向的调蓄设施优选，优先保障关键功能区与核心廊道排涝安全；建立SWMM–MPC耦合调度框架，将全要素设施纳入统一水力模型，通过滚动优化实现多目标协同；以典型山地城市为对象，验证该方法在不同降雨情景下的调度效果与鲁棒性。综上，本文构建了全链条多元蓄排系统优化控制框架，为极端降雨下城市排涝调度提供了可操作、可扩展的技术路径，也为城市韧性提升与精细化水务治理提供了方法支撑。
