SWMM与Python的那些事 (一)

暴雨雨水管理模型(Storm Water Management Model，SWMM)作为一款免费、开源、功能强大的城市排水系统模拟软件，已经成为高校、科研院所和市政设计单位的首选软件之一。

然而，常规的基于人工试错的SWMM参数定义方法效率非常低，无法解决多个参数的优化取值问题，通常需要对SWMM循环调用或二次开发。常用的开发语言包括C，C#，C++，Matlab，Python等。其中，Python语言简洁性好、易读性以及可扩展性强，非常适合作为SWMM二次开发的入门级语言，并且在此基础上还可以向机器学习领域拓展，具有较好的应用前景。

Python（3.6 or 3.7）环境下运用SWMM主要有两种方法：（1）利用现有软件包(如pyswmm)提供的数据接口进行模型参数的自定义；（2）对inp文件进行编码和参数自定义。第一种方法简单易操作，缺点是可供调用的数据接口有限；而第二种方法能够对模型中的任一参数进行自定义，缺点是更加复杂。本次博文主要介绍第一种方法，涵盖对Similation，Nodes, Links模块的介绍：

（一）模拟模块（Simulation)

方式一：

>>> from pyswmm import Simulation>>> sim = Simulation('./testmodel.inp')>>> sim.execute()

该方式输出的rpt文件为统计合并后的模拟结果，以及一个out文件，如下所示。

方式二：

>>> from pyswmm import Simulation>>> with Simulation('testmodel.inp') as sim:...     sim.step_advance(300)...     for step in sim:...             print(sim.current_time)2015-11-01 14:05:002015-11-01 14:10:002015-11-01 14:15:002015-11-01 14:20:00

相比于方式一，方式二可以在模拟过程中与模型进行交互，例如在某个时间点对某个参数进行自定义，以及获取任一时刻的模拟结果等，交互性更好。此外，该方法能够生成包含各个时间点模拟结果的rpt文件，以及一个out文件。

（二）节点模块（Nodes）

节点模块的使用方法如下所示：

>>> from pyswmm import Simulation, Nodes>>> with Simulation('./testmodel.inp') as sim:...     node_object = Nodes(sim)...     J1 = node_object["J1"]...     print(J1.invert_elevation)...     print(J1.is_junction())...     for step in sim:...             print(J1.total_inflow)

更多节点模块接口的调用方法详见如下网址：https://pyswmm.readthedocs.io/en/latest/reference/nodes.html.

（三）管线模块（Links）

管线模块的使用方法如下所示：

>>> from pyswmm import Simulation, Links>>> with Simulation('./testmodel.inp') as sim:...     link_object = Links(sim)...     c1c2 = link_object["C1:C2"]...     print(c1c2.flow_limit)...     print(c1c2.is_conduit())...     for step in sim:...             print(c1c2.flow)...             if c1c2.flow > 10.0:...                     c1c2.target_setting = 0.5

更多管线模块接口的调用方法详见如下网址:

https://pyswmm.readthedocs.io/en/latest/reference/links.html.

pyswmm能够满足工程应用中的部分需求，但是许多重要参数的调用接口并未提供，这就需要采用第二种调用方法，这将在以后的博文中继续讲解。下次博文将会结合研究案例，进一步介绍SWMM耦合优化算法的具体实施过程。

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