智慧排水建設(shè)思路
——以城市內(nèi)澇治理為例

文｜廣州奧格智能科技有限公司 曹兵

1.城市內(nèi)澇產(chǎn)生原因及分類

相關(guān)信息統(tǒng)計(jì)，我國(guó)近年來(lái)有60%以上的城市曾發(fā)生過(guò)內(nèi)澇災(zāi)害，許多城市經(jīng)常逢大雨必內(nèi)澇。城市內(nèi)澇的成因非常復(fù)雜，涉及因素眾多，主要概括為以下5 個(gè)因素。

（1）氣候變化導(dǎo)致局部極端暴雨頻發(fā)

許多地區(qū)的災(zāi)害發(fā)生都受到全球變暖的影響，全球變暖會(huì)導(dǎo)致極端天氣增多，城市遭遇內(nèi)澇災(zāi)害的頻率也大大增加，加之受“熱島效應(yīng)”的影響，城市地區(qū)短歷時(shí)、突發(fā)性、高強(qiáng)度的局部大暴雨事件時(shí)有發(fā)生。

（2）地形因素影響

地勢(shì)較高的區(qū)域不易形成積水，城市范圍內(nèi)地勢(shì)比較低的區(qū)域或是滯洪區(qū)容易形成內(nèi)澇。沿海地勢(shì)較低的城市易發(fā)生城市內(nèi)澇。此外，城市的某些特定地點(diǎn)的內(nèi)澇發(fā)生率較高，例如：鐵路橋、公路橋、城市立交橋、城市地下通道等。

（3）城市下墊面變化

城市化擴(kuò)張帶來(lái)地面性質(zhì)改變，使原本的自然地表被不透水面取代，改變了地面的蓄水功能，降低了雨水存貯與分流功能，雨水下滲率低，遇到暴雨容易匯集積水。

（4）城市排澇能力低下

城市建設(shè)和人口增長(zhǎng)迅速，許多管網(wǎng)設(shè)計(jì)和建設(shè)老化滯后。城區(qū)規(guī)劃不能滿足現(xiàn)狀需求，城市管網(wǎng)的不完善是導(dǎo)致內(nèi)澇的重要原因。此外，有些城市排水是雨污合流系統(tǒng)，管道中容易有沉積物，分流系統(tǒng)也存在沉積，日積月累形成阻塞，減少排水量。

（5）排水設(shè)施管理和內(nèi)澇應(yīng)對(duì)措施不完善

缺乏完善的防澇設(shè)施普查數(shù)據(jù)管理技術(shù)規(guī)范，缺少全面有效的管道普查數(shù)據(jù)，排水信息資料利用率低，無(wú)法為城市排水防澇的具體業(yè)務(wù)工作提供全面翔實(shí)的分析數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。管網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)及負(fù)荷空間缺少監(jiān)控，歷史內(nèi)澇事件缺少相關(guān)分析，應(yīng)急調(diào)度方向不明確，不能對(duì)排水防澇工作進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

2.內(nèi)澇場(chǎng)景及處置方法

高強(qiáng)度暴雨的頻發(fā)和城市化的影響，導(dǎo)致城市內(nèi)澇現(xiàn)象屢屢出現(xiàn)，相同的路面積水現(xiàn)象可能有著不同的內(nèi)澇成因，其排水設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)也各不相同。應(yīng)對(duì)不同內(nèi)澇場(chǎng)景，需采取不同的應(yīng)急處理措施。常見(jiàn)的城市內(nèi)澇場(chǎng)景有河道水位頂托、倒灌；管道、泵站排水能力不足；雨水口收水能力不足或雨水口堵塞；管道堵塞、閘門關(guān)閉。

河道水位頂托、倒灌。下游水位較高時(shí)，排水口水流受到下游水位頂托，下游水位高于排水口高程時(shí)，雨水排放受到阻礙，再加上上游源源不斷的來(lái)水，水流就會(huì)從檢查井溢出并造成內(nèi)澇。此種內(nèi)澇場(chǎng)景的設(shè)施狀態(tài)為河道水位高，管道滿流，檢查井溢流，地面積水。該場(chǎng)景可采取的應(yīng)急措施為：降低河道水位；開(kāi)啟泵站、閘門；關(guān)閉拍門；排除搶險(xiǎn)隊(duì)伍強(qiáng)排。

管道、泵站排水能力不足。管道、泵站作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著城市雨污水排放、河道調(diào)水及抗旱排澇等任務(wù)。當(dāng)城市出現(xiàn)強(qiáng)降雨時(shí)，因管道、泵站排水能力不足產(chǎn)生的設(shè)施狀態(tài)為河道水位低，管道滿流，檢查井溢流，地面積水。該場(chǎng)景可采取的應(yīng)急措施為：泵站開(kāi)啟更多的機(jī)組，派出搶險(xiǎn)隊(duì)強(qiáng)排。

雨水口收水能力不足或雨水口堵塞。設(shè)施狀態(tài)為河道水位低，檢查井低水位，管內(nèi)未滿流，地面積水。該場(chǎng)景可采取的應(yīng)急措施為：清理雨水口；打開(kāi)地面檢查井；派出搶險(xiǎn)隊(duì)伍強(qiáng)排。

管道堵塞、閘門關(guān)閉。設(shè)施狀態(tài)為河道水位低，管部分滿流，部分為滿流，地面積水。該場(chǎng)景可采取的應(yīng)急措施為：派出搶險(xiǎn)隊(duì)伍強(qiáng)排，開(kāi)啟閘門。

目前針對(duì)內(nèi)澇的成因及管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，大多采用經(jīng)驗(yàn)判斷，缺乏科學(xué)有效的技術(shù)分析，同樣對(duì)泵站、閘站等排水設(shè)施的運(yùn)行，也大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)水位進(jìn)行控制管理。針對(duì)以上的內(nèi)澇場(chǎng)景，單從表面看，外在情形一致，進(jìn)行應(yīng)急處置時(shí)極易出現(xiàn)調(diào)度時(shí)間滯后、準(zhǔn)確性不高的情況。

為加快城市排水建設(shè)，有效應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇這一頑疾，需要通過(guò)智慧排水建設(shè)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)澇防治支撐。應(yīng)用地理信息、遙感應(yīng)用、物聯(lián)感知等技術(shù)，對(duì)排水防澇基礎(chǔ)設(shè)施信息有全面的掌握、對(duì)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)有及時(shí)的跟蹤，對(duì)常見(jiàn)內(nèi)澇點(diǎn)的歷史成因信息形成系統(tǒng)管理、以及快速、準(zhǔn)確的應(yīng)急處置，做好事前、事中、事后的全方位應(yīng)對(duì)。

3.智慧排水對(duì)城市內(nèi)澇防治支撐

智慧排水對(duì)城市內(nèi)澇防治支撐可以從排水基礎(chǔ)實(shí)施一張圖、排水防澇狀態(tài)一張網(wǎng)、內(nèi)澇成因一本賬、防內(nèi)澇應(yīng)急處置一平臺(tái)四個(gè)方面進(jìn)行建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水基礎(chǔ)設(shè)施的可視化、隨時(shí)掌握各設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)、提供歷史內(nèi)澇成因分析支撐、對(duì)內(nèi)澇事件進(jìn)行高效的應(yīng)急處置。

3.1 排水基礎(chǔ)設(shè)施一張圖

排水管網(wǎng)作為城市不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市排澇、防洪的重要工程。通過(guò)排水管線普查，為整個(gè)智慧排水提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施定期巡檢形成更新機(jī)制，從而使靜態(tài)的一張圖轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)更新的一張圖。

完善排水基礎(chǔ)設(shè)施普查數(shù)據(jù)。在城市現(xiàn)有的排水基礎(chǔ)設(shè)施普查工作的基礎(chǔ)上，建立排水基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)長(zhǎng)效更新機(jī)制。首先要增加普查范圍和密度，實(shí)現(xiàn)城市全網(wǎng)覆蓋；其次要利用一線人員的日常巡檢（圖1）對(duì)早期已收集的普查資料進(jìn)行查漏、糾錯(cuò)，彌補(bǔ)以往排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)更新制度缺失問(wèn)題。最后要定期分區(qū)域?qū)Τ鞘信潘芫W(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)測(cè)。

3.2 排水防澇運(yùn)行狀態(tài)一張網(wǎng)

圖1 排水基礎(chǔ)設(shè)施一張圖

圖2 排水防澇運(yùn)行狀態(tài)一張圖

圖3 內(nèi)澇成因一本賬

排水防澇運(yùn)行狀態(tài)一張網(wǎng)（圖2）用于進(jìn)行排水基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控和維護(hù)，通過(guò)物聯(lián)感知使設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)人工監(jiān)督向電子監(jiān)督轉(zhuǎn)變、定期檢查向?qū)崟r(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)變、被動(dòng)防御向主動(dòng)預(yù)防轉(zhuǎn)變。

運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)排水基礎(chǔ)設(shè)施一張圖以及內(nèi)澇點(diǎn)上報(bào)情況，準(zhǔn)確布設(shè)物聯(lián)感知設(shè)備，實(shí)時(shí)感知窨井的堵塞情況、管道的充滿度、排水閘門泵站的開(kāi)閉狀態(tài)、下游河道的水位狀態(tài)，排水的水質(zhì)狀況。還可通過(guò)視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)查看內(nèi)澇點(diǎn)及排水口現(xiàn)場(chǎng)情況。

運(yùn)行狀態(tài)分析應(yīng)用?？筛鶕?jù)運(yùn)行狀況分析出可能產(chǎn)生內(nèi)澇的場(chǎng)景，及時(shí)應(yīng)對(duì)采取巡防及站閘啟閉以及布防工作，避免內(nèi)澇的產(chǎn)生。當(dāng)內(nèi)澇已發(fā)生時(shí)，可以及時(shí)確定內(nèi)澇產(chǎn)生原因，便于應(yīng)急調(diào)度，有效降低潛在的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 內(nèi)澇成因一本賬

針對(duì)內(nèi)澇點(diǎn)發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、存在隱患等問(wèn)題，建立內(nèi)澇點(diǎn)成因上報(bào)機(jī)制，通過(guò)排水巡查、管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)、災(zāi)情應(yīng)急處置時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)上報(bào)，以及物聯(lián)監(jiān)測(cè)預(yù)警、視頻識(shí)別、模型預(yù)測(cè)等方式發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行上報(bào)（圖3），并對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行匯總建檔。

對(duì)上報(bào)的內(nèi)澇點(diǎn)位置、故障的設(shè)施類型、出現(xiàn)問(wèn)題的類型進(jìn)行備案，以及問(wèn)題流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)、最終處理結(jié)果、現(xiàn)狀情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄，實(shí)現(xiàn)全流程問(wèn)題管理、問(wèn)題處理全公開(kāi)、問(wèn)題處置、問(wèn)題臺(tái)賬管理，形成內(nèi)澇成因一本賬。并從內(nèi)澇點(diǎn)發(fā)現(xiàn)上報(bào)、分析認(rèn)定、工程改造、效果評(píng)估進(jìn)行全閉環(huán)處置。

3.4 防內(nèi)澇應(yīng)急處置一平臺(tái)

應(yīng)對(duì)城市暴雨產(chǎn)生的內(nèi)澇問(wèn)題，需要轉(zhuǎn)變應(yīng)對(duì)方式，從被動(dòng)防御向主動(dòng)預(yù)防轉(zhuǎn)變，從事前預(yù)報(bào)預(yù)警、事中全面監(jiān)控、事后事件回顧等措施入手，做到事前有充足準(zhǔn)備、事中有應(yīng)急對(duì)策、事后有總結(jié)分析，提升城市內(nèi)澇治理的綜合實(shí)力。

圖4 防內(nèi)澇應(yīng)急處置一平臺(tái)

防內(nèi)澇應(yīng)急處置一平臺(tái)（圖4），從事前預(yù)警預(yù)報(bào)、事中指揮調(diào)度、事后分析總結(jié)進(jìn)行全過(guò)程處置。事前重視管網(wǎng)普查、完善基礎(chǔ)信息、增強(qiáng)設(shè)施管護(hù)、提高預(yù)測(cè)精度、制定有效的應(yīng)急預(yù)案；事中建立快速反應(yīng)機(jī)制，通過(guò)對(duì)前端視頻監(jiān)控、借助遠(yuǎn)程視頻會(huì)商、實(shí)時(shí)調(diào)度、及時(shí)反饋、全程督查；事后進(jìn)行一雨一報(bào)、事件回顧、總結(jié)完善。通過(guò)對(duì)應(yīng)急事件的全過(guò)程處理，最大化程度地減小災(zāi)害損失。

4.總結(jié)和展望

完善的內(nèi)澇防治系統(tǒng)是高質(zhì)量城市治理水平的體現(xiàn)，需要堅(jiān)持人與自然和諧共生，堅(jiān)持將城市作為有機(jī)生命體，把治理城市內(nèi)澇作為保障城市安全的重要任務(wù)。充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)、科技創(chuàng)新手段解決城市內(nèi)澇問(wèn)題，將城市發(fā)展與智慧排水緊密結(jié)合，以解決城市內(nèi)澇問(wèn)題為導(dǎo)向，以可行性與及時(shí)性為原則，以保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全為宗旨，以實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處為目標(biāo)，建設(shè)智慧排水城市，筑牢內(nèi)澇安全防線。