淺談城市排水防澇監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)建設(shè)——以蘇州市城市中心區(qū)為例

陸沈鈞，戴晶晶，劉增賢

（太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心，200434，上海）

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，我國城鎮(zhèn)化率已從改革開放初期的19.7%提高到2013年的53.73%。在城鎮(zhèn)化加速推進的過程中，土地利用方式發(fā)生了較大變化，城市的水文效應(yīng)也越發(fā)顯著，加之氣候變化等多種因素的綜合作用，導(dǎo)致短歷時、高強度致災(zāi)暴雨頻發(fā)，諸多大中城市洪澇災(zāi)害日益凸顯。2012年7月、2013年10月、2014年5月北京、上海、深圳等大城市均多次上演“雨后看?！钡谋瘎。鞘薪煌òc瘓，人民財產(chǎn)損失，甚至造成了人員傷亡，內(nèi)澇已經(jīng)成為阻礙城市安全運行的“城市病”，嚴(yán)重影響城市品牌和形象。

一、蘇州市內(nèi)澇災(zāi)害成因分析

經(jīng)過多年的建設(shè)和管理，江蘇省蘇州市城市中心區(qū)排水防澇工程體系初步形成，近10年未發(fā)生過大面積內(nèi)澇災(zāi)害，但遇短歷時強降雨仍有多處積水內(nèi)澇現(xiàn)象，其成因主要有以下5個方面。

1.城市暴雨及產(chǎn)匯流特性改變

受極端氣候、城市雨島效應(yīng)等影響，城市短歷時強降雨頻發(fā)，相同重現(xiàn)期的雨量大大增加，同時城鎮(zhèn)化快速發(fā)展過程中不透水面積比例增加導(dǎo)致下滲量減少，產(chǎn)流量增加，匯流時間縮短，匯流速度加快，洪峰增大，對城市排水防澇系統(tǒng)造成巨大的壓力。

2.排水防澇體系尚不健全

傳統(tǒng)城市排水重點關(guān)注匯流之后的排除過程，缺乏城市雨洪全過程管理，導(dǎo)致工程體系建設(shè)以排為主，目前蘇州市城市中心區(qū)通過城市防洪控制性工程、雨水排水工程、內(nèi)河水系、低洼小包圍圈等初步構(gòu)成了排水防澇工程體系，工程建設(shè)側(cè)重雨水外排，缺乏對徑流產(chǎn)生源頭的控制、地面產(chǎn)生積水之后的處置措施。

3.現(xiàn)狀排水系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低

經(jīng)過多年的建設(shè)和完善，城市中心區(qū)基本實現(xiàn)雨污分流，市政道路雨水管道覆蓋率達5.96km/km2。受當(dāng)時設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的限制，市政雨水管道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)大部分按照老公式設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)為1年一遇，且普遍存在地塊雨水管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低于市政道路管道的現(xiàn)象，影響整體排水能力；雨污合流的排水體制在部分老舊街巷仍存在，甚至極少部分地區(qū)沒有雨水管道，這些都難以抵御超標(biāo)暴雨，容易造成暴雨積水。

4.城市水系調(diào)蓄能力受到多種因素制約

蘇州市河道密布，水面率較高，城市水系的調(diào)蓄能力是應(yīng)對城市雨洪的關(guān)鍵之一。受地形影響，河道流速偏小，容易產(chǎn)生淤積，部分河道駁岸老舊，從而限制河道預(yù)降水位不可過低，局部低洼地的存在決定河道排澇控制水位不可過高，這些因素導(dǎo)致城市水系的調(diào)蓄能力難以得到充分發(fā)揮。

5.城市生產(chǎn)生活垃圾處置不當(dāng)對排水設(shè)施養(yǎng)護造成壓力

城市生產(chǎn)生活過程中，建筑施工垃圾等臨時擺放位置不合理，強降雨來臨后，時常堵塞雨水管網(wǎng)，對管網(wǎng)日常維護管理造成較大壓力，影響正常能力的發(fā)揮，留下暴雨積水成災(zāi)的隱患。

綜上可知，城市化快速發(fā)展進程中，一方面由于下墊面變化，導(dǎo)致產(chǎn)流量和洪峰量增加，匯流時間縮短，致災(zāi)因素增強；另一方面，排水系統(tǒng)的脆弱性增加，城市內(nèi)澇承受能力不斷降低。更為重要的是，在洪澇災(zāi)害預(yù)測預(yù)警、洪澇災(zāi)害防控技術(shù)、洪澇調(diào)度管理水平等方面，水利信息化技術(shù)手段薄弱，也是我國城市發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害的重要原因。因此，急需在進一步增強全社會防災(zāi)減災(zāi)意識，普及推廣全民防災(zāi)減災(zāi)知識和避災(zāi)自救技能的基礎(chǔ)上，開發(fā)適合高強度、短歷時城市暴雨特點和復(fù)雜下墊面條件下的排水防澇監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)，科學(xué)應(yīng)對洪澇災(zāi)害。

二、城市排水防澇監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)

根據(jù)智慧蘇州規(guī)劃提出的“以智能化深化信息化”的要求，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)學(xué)模型等技術(shù)，以完善信息采集網(wǎng)絡(luò)、加強信息管理與共享、深化業(yè)務(wù)應(yīng)用與集成、推廣信息服務(wù)為重點，建立“科學(xué)規(guī)劃、實時監(jiān)測、精準(zhǔn)治理、高效服務(wù)”的城市排水防澇信息化體系，全面提升蘇州市排水防澇監(jiān)測監(jiān)控、信息資源管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用、預(yù)測分析、應(yīng)急處置、風(fēng)險管理以及社會服務(wù)的能力。建設(shè)任務(wù)包括實時監(jiān)測與智能監(jiān)控、預(yù)測預(yù)報與調(diào)度決策支持、預(yù)警與社會服務(wù)、業(yè)務(wù)管理與系統(tǒng)運行保障。

蘇州市排水防澇信息化建設(shè)總體框架（見圖1）主要由水務(wù)智能感知網(wǎng)、信息資源中心、業(yè)務(wù)運行平臺、調(diào)度決策支持系統(tǒng)、信息服務(wù)和安全保障與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等部分組成。智能感知網(wǎng)是信息化的基礎(chǔ)，主要實現(xiàn)城區(qū)水雨情采集和排水工程設(shè)施監(jiān)測監(jiān)控。信息資源中心主要實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)匯集、存儲、管理、共享和交換。業(yè)務(wù)運行平臺在信息資源中心的基礎(chǔ)上提供綜合信息服務(wù)、工程運行維護管理和信息展示等功能。調(diào)度決策支持系統(tǒng)在信息資源中心和模型庫的基礎(chǔ)上建立工程調(diào)度決策支持體系，利用數(shù)學(xué)模型進行內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)測預(yù)報，為城市排水防澇工程調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。

1.智能感知網(wǎng)

智能感知網(wǎng)是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心應(yīng)用于城市排水防澇工程監(jiān)測，通過各種傳感設(shè)備進行信息交換和通信，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，實時感知城市排水防澇工程的各類要素狀態(tài)，并將監(jiān)測采集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至排水管理部門。主要加強城市降雨監(jiān)測、河湖水情監(jiān)測、排水設(shè)施運行監(jiān)測、積水區(qū)域積水監(jiān)測、水閘運行監(jiān)測等5個方面。

根據(jù)上述監(jiān)測內(nèi)容，結(jié)合蘇州實際，布置了6類共計98個監(jiān)測點，分別為2個雨情監(jiān)測點（利用現(xiàn)狀）、15個積水災(zāi)害監(jiān)測點、6個管網(wǎng)運行監(jiān)測點、23個立交雨水泵站監(jiān)測點、10個水質(zhì)監(jiān)測點和42個泵閘運行監(jiān)測點。

圖1 城市排水防澇監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)

2.信息資源中心

在已建各類數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，建立信息資源中心，存儲和管理實時監(jiān)測、系統(tǒng)運行、工程調(diào)度、業(yè)務(wù)管理、共享信息等海量數(shù)據(jù)資源。信息資源中心由安全管理、服務(wù)管理、資源管理三大管理功能和服務(wù)門戶構(gòu)成。安全管理主要通過跟蹤審計、身份認(rèn)證和資源保護等技術(shù)實現(xiàn)信息安全保障；服務(wù)管理主要通過目錄服務(wù)、內(nèi)容管理、消息服務(wù)、流程管理等提供數(shù)據(jù)服務(wù)；資源管理主要由數(shù)據(jù)資源、工具資源、構(gòu)件資源和計算資源等組成，其中數(shù)據(jù)資源按照基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、政務(wù)數(shù)據(jù)等4個分類進行建設(shè)；服務(wù)門戶通過提供統(tǒng)一的信息服務(wù)門戶，實現(xiàn)排水信息的共享發(fā)布與信息服務(wù)，為各級排水用戶提供數(shù)據(jù)資源發(fā)布、查詢、檢索等功能。

3.業(yè)務(wù)運行平臺

（1）監(jiān)測監(jiān)控

建立監(jiān)控信息應(yīng)用平臺，集成氣象、水利、水務(wù)、排水、市政、交通等監(jiān)測監(jiān)控信息，實現(xiàn)基于地理信息系統(tǒng)的天氣、臺風(fēng)、降雨、河湖水情、管網(wǎng)監(jiān)測、泵站運行、交通管理等信息的實時查看，通過遠程控制功能實現(xiàn)對泵站、水閘的遠程管控，根據(jù)警戒條件進行信息提示和科學(xué)合理的排水調(diào)度控制。

（2）運行管理

建立排水設(shè)施巡查、檢測、評估規(guī)范和流程，及時發(fā)現(xiàn)和分析管網(wǎng)、泵站、水閘等設(shè)施的運行問題，科學(xué)指導(dǎo)設(shè)施維修、養(yǎng)護和改造。管理維護內(nèi)容包括監(jiān)測站點巡查維護、通信網(wǎng)絡(luò)維護、數(shù)據(jù)存儲與管理、基礎(chǔ)設(shè)施維護、應(yīng)用系統(tǒng)維護等。

（3）應(yīng)用展示

建設(shè)應(yīng)用信息展示平臺，將感知網(wǎng)監(jiān)測信息、預(yù)警信息與城市排水除澇工程措施等信息顯示在基于地理信息的地圖上，完成對業(yè)務(wù)信息的集中分析展示。

4.調(diào)度決策支持

（1）預(yù)測預(yù)報

建立較為精確的城市排水防澇綜合數(shù)學(xué)模型，通過云計算快速模擬分析城市積水、河網(wǎng)水情，對城市內(nèi)澇進行預(yù)測預(yù)報。

①數(shù)學(xué)模型建設(shè)

建立管網(wǎng)和河網(wǎng)耦合數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)，模擬城市河網(wǎng)管網(wǎng)在暴雨條件下的水動力過程，利用實時模擬技術(shù)進行工程調(diào)度過程的仿真計算和調(diào)度預(yù)判，并利用仿真計算結(jié)果開展調(diào)度方案的評價，為各種可能的水雨情變化對汛情發(fā)展的影響進行預(yù)判提供可能。

②情境模擬與預(yù)警

根據(jù)預(yù)報的降雨情況，結(jié)合實時采集的數(shù)據(jù)和當(dāng)前實際工況條件，模擬計算獲得城市中心區(qū)河道水位、管網(wǎng)積水等信息，并根據(jù)事先設(shè)定的預(yù)警條件，開展水位與積澇預(yù)警。

（2）排水決策調(diào)度

利用城市排水防澇綜合數(shù)學(xué)模型對現(xiàn)狀管網(wǎng)能力、薄弱管線、可能積水點等進行分析，利用預(yù)報的降雨數(shù)據(jù)，對可能出現(xiàn)的積水位置進行預(yù)判，根據(jù)出現(xiàn)險情的等級、危險程度，對不同的調(diào)度方案進行情景模擬，選出較優(yōu)方案，供決策者進行決策，在系統(tǒng)的支持下，按照調(diào)度方案進行高效率的人員、物資、設(shè)備等調(diào)度，科學(xué)處置內(nèi)澇災(zāi)害。

（3）調(diào)度方案管理

①建立合理的調(diào)度方案、應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫及數(shù)字化調(diào)度指標(biāo)體系。數(shù)字化內(nèi)容包括動作啟動的條件，河道水位、低洼地積水、下立交積水、流量、水質(zhì)、降雨等指標(biāo)體系，以及啟動后應(yīng)采取的措施等。

②建立調(diào)度指令執(zhí)行情況預(yù)警監(jiān)視體系與評價體系。根據(jù)調(diào)度指令、關(guān)鍵指標(biāo)結(jié)合工程運行實況信息開展對比，實現(xiàn)對當(dāng)前有效的調(diào)度指令執(zhí)行情況的預(yù)警監(jiān)視。同時數(shù)字化的調(diào)度方案還可與模型計算相結(jié)合，通過模型模擬計算分析，優(yōu)化不同條件下工程調(diào)度指令，發(fā)揮工程效益。

（4）風(fēng)險管理

建立城市暴雨內(nèi)澇模型，結(jié)合社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，利用情景模擬，分析和識別城市內(nèi)澇風(fēng)險分布，根據(jù)城市內(nèi)澇風(fēng)險評估結(jié)果，指導(dǎo)排水系統(tǒng)、排水管網(wǎng)、泵站和管網(wǎng)的規(guī)劃、管理和改造。

5.信息服務(wù)

運用電視、廣播、短信、微信、微博、第三方地圖服務(wù)等方式實現(xiàn)信息的發(fā)布與傳播，通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析、公眾信息接報等方式及時發(fā)現(xiàn)積水情況，快速響應(yīng)，精準(zhǔn)處置，建立面向社會公眾的互動式信息服務(wù)體系。

6.安全保障措施與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

根據(jù)《中華人民共和國保守國家秘密法》、《計算機信息系統(tǒng)國際聯(lián)網(wǎng)保密管理規(guī)定》和信息安全等級保護的有關(guān)規(guī)定和要求，根據(jù)蘇州城市排水信息安全保障需求和信息安全技術(shù)發(fā)展趨勢，從安全技術(shù)應(yīng)用、信息安全管理、安全能力建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)4個方面，對物理、網(wǎng)絡(luò)、主機、應(yīng)用和數(shù)據(jù)等加強安全技術(shù)保障，確保信息化高效有序、安全可控。

①加強安全技術(shù)應(yīng)用。針對云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)、新應(yīng)用帶來的安全風(fēng)險，積極引入技術(shù)先進、安全可控的信息安全技術(shù)及產(chǎn)品，提升信息安全技術(shù)防護能力。

②加強信息安全管理。構(gòu)建排水信息系統(tǒng)全生命周期的信息安全監(jiān)管機制。加強實時監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置，落實信息系統(tǒng)安全測評，建立健全信息安全責(zé)任制體系，強化風(fēng)險評估、等級保護、安全測評、應(yīng)急管理等長效制度的落實。

③加強安全能力建設(shè)。完善網(wǎng)絡(luò)與信息安全應(yīng)急保障體系建設(shè)，定期開展應(yīng)急演練，加強信息安全員的教育培訓(xùn)與知識更新。提升預(yù)防保障能力、監(jiān)督檢查能力、監(jiān)測預(yù)警能力、應(yīng)急響應(yīng)能力和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。

④加強標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)。研究形成適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展趨勢的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，編制適合蘇州市排水管理特點的總體標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用分類標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集與傳輸標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)與通信類標(biāo)準(zhǔn)、信息安全類技術(shù)與管理標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)目錄標(biāo)準(zhǔn)等，并完善標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的相關(guān)規(guī)范。

三、結(jié) 語

城市內(nèi)澇災(zāi)害已成為影響城市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、建設(shè)和諧社會的重要因素。城市排水防澇監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)是城市內(nèi)澇防治體系中的重要非工程措施之一。以蘇州市城市中心區(qū)為例，加強城市排水防澇信息化建設(shè)，通過對智能感知網(wǎng)、信息資源中心、業(yè)務(wù)運行平臺、調(diào)度決策支持、信息服務(wù)以及安全保障措施與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面進行初步研究，建立蘇州市排水防澇監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)。然而城市內(nèi)澇災(zāi)害防治是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在此筆者對今后城市的建設(shè)和管理提出如下建議，以供參考。

1.健全體制機制

出臺地方性防洪排澇配套法規(guī)，明確排水防澇的責(zé)任主體與行為規(guī)范，保障城市公共安全有法可依；制定符合城市特征的低影響開發(fā)建設(shè)管理條例，控制開發(fā)強度，合理安排布局，有效控制雨水徑流，最大限度減少對城市水生態(tài)環(huán)境的破壞；制定和完善強制性城市排水標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)城市化進程加快對工程建設(shè)的需求；提出城市建設(shè)藍線、水面率、綜合徑流系數(shù)、下凹式綠地比例、可滲透面積比例等指標(biāo)，作為強制性標(biāo)準(zhǔn)納入城市現(xiàn)代化建設(shè)考核體系。

2.強化統(tǒng)籌管理

我國城市洪澇治理涉及水利、市政、規(guī)劃、交通、國土等諸多方面，各行政部門長期以來都采取分割式設(shè)計與管理，但是管網(wǎng)與河道排水兩者是統(tǒng)一的整體，需要合理銜接，統(tǒng)籌管理。因此，科學(xué)應(yīng)對和治理城市內(nèi)澇，要堅持統(tǒng)一規(guī)劃、整體設(shè)計，推進城市排水防澇的一體化管理。

3.完善應(yīng)急預(yù)案

建議按照防御準(zhǔn)備、應(yīng)急響應(yīng)、后期處理3個環(huán)節(jié)制定 “蘇州市排水防澇應(yīng)急預(yù)案”，并與蘇州市現(xiàn)有的相關(guān)預(yù)案做好銜接。明確預(yù)警分級標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)警等級、內(nèi)涵及相應(yīng)的處置程序和措施；針對不同預(yù)警等級，結(jié)合實際現(xiàn)狀特點，建立不同等級、不同區(qū)域、不同部門的應(yīng)急系統(tǒng)；建立覆蓋超標(biāo)降雨在內(nèi)的各等級降雨所導(dǎo)致內(nèi)澇災(zāi)害的風(fēng)險管控機制；建立與預(yù)警等級聯(lián)動的人員疏散、交通組織等預(yù)案制度，健全應(yīng)急處置的技防、物防和人防措施，加強預(yù)案的動態(tài)管理。

[1]張建云.城市洪澇應(yīng)急管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國市政工程，2013（增刊總第168期）.