近几年来,伴随城市化的发展及气候变化等因素影响,全国大中小城市都有频繁内涝的发生,给人民的生产和生活造成了巨大影响,因此城市内涝问题已严重制约了我国城市的可持续性发展和生态文明建设。造成城市内涝的原因是多方面的,雨水管网的设计是其中较重要的一个方面。而管道是雨水系统设计中的重要因素,在整个总投资中所占的比例最大,因此存在较大的优化空间。合理的布置管网和选择管径尺寸对城市防洪排涝具有重要意义。本硕士论文以雨水管网水力模型为重要支撑,提出基于平均充满度和造价的优化函数,以实现雨水管网的多目标优化设计。同时,基于多目标帕累托优化解集,创新提出基于降雨空间差异性的雨水管网韧性分析理论与技术方法,以确定最优的雨水管网优化设计方案。本文的研究内容可分为以下3个部分。首先,本文对于推理公式法和Storm Water Management Model(SWMM)建模进行了研究。并在原有Application Programming Interface(API)接口函数基础上,为了方便获取SWMM文件节点、管道等基本信息,新增API接口函数。同时基于SWMM原有程序进行函数开发,使得输入任何一个INP文件及设定设计充满度即可计算出完整的设计方案。将案例1按满管流设计并在SWMM中进行模拟,可以得出:虽然考虑降雨过程线时,推理公式法产生的解决方案不能完全满足设计标准,但它的结果可以作为近似最优解,并且这些解的结果完全符合决策空间函数约束。其次,对多目标优化算法进行研究,首次将Borg算法应用在雨水管网多目标优化中。建立优化算法的数学模型,并给出了 Borg算法优化流程图。将推理公式法产生的近似最优解作为Borg方法的初始解,相比传统优化设计方法(即不提供推理公式法所确定的初始解)在寻找最优解中效率显著提高,并且这种寻优效果在大管网中表现的更加明显。除了提高效率之外,产生的Pareto前沿覆盖范围及质量上也明显好于传统优化方法结果。在该优化过程中,本硕士论文的另外一个创新是提出了在决策空间增加工程可行性的约束条件,以确保上游管道不大于下游管道管径,从而提高了优化方案的工程实用性。最后,本论文以降雨的空间不均匀性为出发点,提出降雨空间正态分布的模拟方法,以开展基于降雨空间不均匀性的城市雨水管网韧性分析,以确定最优的雨水管网优化设计方案。