近年来,全球气候变暖,城市化进程加快,城市排涝系统的建设滞后于城市化建设的步伐,导致城市内涝灾害日趋严重。因此,在城市防洪排涝系统现有的工程措施上,研究如何优化调度河湖闸泵群,降低城市内涝风险,具有十分重要的意义。本文建立了河湖联控防洪排涝调度模型,提出了基于文化框架的多种群协作粒子群算法求解模型,并将该模型应用于武汉市东沙湖水系,为城市防洪排涝系统调度方案的制定提供科学依据。本文的主要研究内容如下:(1)阐述了我国城市内涝问题的现状,分析了城市内涝问题的成因,并分别从城市雨洪管理理念与技术、城市雨洪径流模型以及城市防洪排涝系统及优化调度方法三个方面总结了国内外的研究现状。(2)构建了河湖联控防洪排涝调度模型,该模型由河湖联控防洪排涝模拟模型和优化调度模型构成。模拟模型由降雨径流、湖泊模拟、闸门排流、渠道水流演进以及泵站排水五个模块组成,用于模拟降雨径流经城市河网排出的过程。优化调度模型以两种策略下的湖泊使用容积最少为目标,优化闸门的开度,充分发挥城市防洪排涝系统现有的蓄排能力。(3)为解决传统方法难求解多变量、多约束、非线性的优化调度模型的问题,本文选取粒子群优化算法作为求解方法。针对该算法容易陷入局部极值点等缺点,将该算法与文化框架相结合,改进信念空间、群体空间的搜索策略以及通讯协议,提出了基于文化框架的多种群协作粒子群算法。选用不同类型的测试函数对基于文化框架的多种群协作粒子群算法进行测试,结果表明,本文提出的算法在收敛精度、收敛速度、稳定性以及搜索能力等多个方面均有不错的表现。(4)以武汉市东沙湖水系为研究对象,建立了东沙湖水系防洪排涝模拟模型,基于武汉市2013年“7.7暴雨”对模拟模型的适用性进行了验证。然后,结合优化调度模型,构建了东沙湖水系防洪排涝调度模型。最后,对比分析常规调度与优化调度两种方式下模型计算结果,验证了本文提出的河湖联控防洪排涝调度模型的有效性。