城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)整體方案建設(shè)

魏 琳 ,金霏霏

(長(zhǎng)春市規(guī)劃編制研究中心(長(zhǎng)春市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院)，長(zhǎng)春 136000)

引 言

排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)是體現(xiàn)城市管理智能化水平的重要標(biāo)志之一，是排水事業(yè)發(fā)展、行業(yè)管理與服務(wù)的重要支撐和保障，也是支撐民生的重要技術(shù)手段。城市排水系統(tǒng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大、隨機(jī)性強(qiáng)的巨型網(wǎng)絡(luò)，尤其對(duì)于市政設(shè)施建設(shè)頻繁的大中城市來說，排水系統(tǒng)管網(wǎng)的總體規(guī)模和復(fù)雜程度是難以想象的。隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城市邊界不斷拓展延伸，市政排水設(shè)施成倍增長(zhǎng)，給城市管理工作和市政排水行業(yè)帶來了巨大機(jī)遇與挑戰(zhàn)。為了能夠全面實(shí)時(shí)的掌握城市排水系統(tǒng)中排水管網(wǎng)的布局與各泵站、調(diào)蓄池、排澇站、污水處理廠的運(yùn)行情況，合理的管理和調(diào)度各設(shè)施的相關(guān)設(shè)備，縮短設(shè)施故障響應(yīng)時(shí)間，降低排水設(shè)施的故障率，提高泵站、調(diào)蓄池、排澇站、污水處理廠的管理水平，增強(qiáng)整個(gè)城市排水系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，采用現(xiàn)代化的城市“智慧”排水系統(tǒng)勢(shì)在必行。

1 城鎮(zhèn)排水在線監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展

以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等為代表新一代信息技術(shù)的技術(shù)正以前所未有的速度發(fā)展，使“智慧”排水建設(shè)在技術(shù)層面的到更為廣泛的支撐，特別是在排水信息監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、智能應(yīng)用等方面。利用物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取能力，將使自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加全面，數(shù)據(jù)時(shí)效性更強(qiáng)，為“智慧”排水上層應(yīng)用提供更為優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)支撐。物聯(lián)網(wǎng)能夠有效實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，從而允許水務(wù)部門基于無線傳輸技術(shù)來建設(shè)大量的末端采集網(wǎng)絡(luò)，為在城鎮(zhèn)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)提供了基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)支撐。

1.1 臺(tái)州在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

臺(tái)州市在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)區(qū)域全覆蓋9縣市區(qū)130鄉(xiāng)鎮(zhèn)5 000村落，流域性全覆蓋2 600個(gè)網(wǎng)格，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目全覆蓋共設(shè)村口雨晴，河道水情，低洼地水情，山塘水庫(kù)雨水情，土壤墑情，風(fēng)力風(fēng)向，環(huán)境要素(氣壓、光照、溫度、濕度、噪聲)，水分蒸發(fā)，海浪，波壓力，潮位，流速流量，智能水表，移動(dòng)水下環(huán)境監(jiān)測(cè)，飲用水監(jiān)測(cè)，水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)，閘門自動(dòng)控制，高清視頻監(jiān)控，大壩位移沉降，水利工程巡查定位共21類[1]。

1.2 溫州在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

溫州市在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)3 199km排水管網(wǎng)，193處檢查井水位，10處下穿道路積水監(jiān)測(cè)點(diǎn)和65座泵站視頻監(jiān)控，23處氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)每5min實(shí)時(shí)雨量和39個(gè)重要點(diǎn)位未來1h、3h雨量預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

本文將提出在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)框架和整體監(jiān)測(cè)方案，有利于系統(tǒng)性的指導(dǎo)“十三五”期間排水管理工作，城鎮(zhèn)排水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)為之后建立排水系統(tǒng)信息化管理平臺(tái)即“智慧”排水提供數(shù)據(jù)支撐[2]。

2 城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)框架

城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)框架系統(tǒng)包括四大模塊，分別為感知模塊、儲(chǔ)存模塊、分析模塊和管理模塊，它是通過數(shù)據(jù)采集儀、無線網(wǎng)絡(luò)、流量計(jì)、水位計(jì)等在線監(jiān)測(cè)建設(shè)實(shí)時(shí)感知城市排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機(jī)整合水務(wù)管理部門與排水設(shè)施，形成“城市排水物聯(lián)網(wǎng)”，可將海量排水系統(tǒng)信息進(jìn)行及時(shí)分析與處理，做出相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理排水系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行、管理和服務(wù)流程，從而達(dá)到“智慧”的狀態(tài)?！爸腔邸迸潘到y(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 “智慧”排水系統(tǒng)總體框架Fig.1 Overrall framework of the smart drainage system

3 排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)整體方案

城鎮(zhèn)排水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架主要包括氣象數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)、水文數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)類在線監(jiān)測(cè)、設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)、水環(huán)境監(jiān)測(cè)、海綿監(jiān)測(cè)和重點(diǎn)排水戶監(jiān)測(cè)。城鎮(zhèn)排水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架如圖2所示，在線監(jiān)測(cè)布置方案見下表。

圖2 整體監(jiān)測(cè)方案框架圖Fig.2 Overrall monitoring plan framework

表 城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)布置方案Tab. Urban drainage pipe network online monitoring arrangement

續(xù)表

城市排水系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)成后，我們可以較準(zhǔn)確的反應(yīng)城鎮(zhèn)地下排水管網(wǎng)真實(shí)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，使得所做規(guī)劃設(shè)計(jì)方案不偏離實(shí)際情況；能夠獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行排水系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；可以動(dòng)態(tài)反饋排水設(shè)施現(xiàn)狀運(yùn)行狀況；提前預(yù)警城市內(nèi)澇、污水溢流等應(yīng)急事故[3]。城鎮(zhèn)各個(gè)污水處理廠、泵站、調(diào)蓄池、管網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度，形成“排水在線監(jiān)測(cè)一張網(wǎng)”的思路[4]；通過收集排水系統(tǒng)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，定量化評(píng)估城鎮(zhèn)海綿城市、黑臭水體等相關(guān)工程的實(shí)施效果，提高城鎮(zhèn)管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)管理能力；為之后建立排水系統(tǒng)信息化管控平臺(tái)即“智慧”排水提供數(shù)據(jù)支撐。

4 排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

4.1 利用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息可以實(shí)現(xiàn)管道全生命周期管理，真正實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)“智慧”[5]+ “應(yīng)用”的目的，建立的管道數(shù)據(jù)庫(kù)，可以為決策者提供更為精準(zhǔn)的判斷數(shù)據(jù)，延長(zhǎng)管道生命周期，從管道養(yǎng)護(hù)和維修工作中累計(jì)的資料和經(jīng)驗(yàn)“反哺”管道規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)。

4.2 利用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)為科學(xué)聯(lián)合調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐，基于統(tǒng)一的云計(jì)算平臺(tái)，綜合調(diào)度網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)中心，主要圍繞城鎮(zhèn)的防汛、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)管理、排水工程等核心業(yè)務(wù)，建立業(yè)務(wù)管理體系，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)體系、管理決策體系和公共服務(wù)體系等應(yīng)用。將工程考核(支流進(jìn)入主流的考核)、斷面考核和行政考核相結(jié)合，數(shù)值模擬和專家團(tuán)隊(duì)相結(jié)合。水質(zhì)與水量需要同步監(jiān)測(cè)，氣象監(jiān)測(cè)與水文監(jiān)測(cè)相結(jié)合，水環(huán)境質(zhì)量管理和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理相結(jié)合，排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與內(nèi)澇治理監(jiān)測(cè)相結(jié)合，預(yù)警與預(yù)測(cè)相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站、污水處理廠、排水口、易澇點(diǎn)、管網(wǎng)、井蓋等排水基礎(chǔ)設(shè)施基本信息管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河道水位、斷面水質(zhì)、氣象雨情等水情雨情信息，掌握水系調(diào)度預(yù)泄情況；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵站和污水處理廠的液位、流量、水質(zhì)、管道淤積程度、排污口出水情況，低洼積水等運(yùn)行信息，為污水運(yùn)行調(diào)度，積水點(diǎn)改造、管道健康狀況評(píng)估提供依據(jù)，真正形成“網(wǎng)站廠”一體化科學(xué)聯(lián)合調(diào)度控制[6]。

4.3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與防汛應(yīng)急調(diào)度相結(jié)合，提升防汛保障功能，提高應(yīng)急管理水平。建立的城鎮(zhèn)排水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以與構(gòu)建智能化防汛應(yīng)急調(diào)度體系相結(jié)合，采用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)情況監(jiān)測(cè)，通過合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)設(shè)備布控雨情、積水、河道水情、道路交通、泵站工況、現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)感知能力，為防汛指揮提供更可靠的監(jiān)測(cè)預(yù)警和決策依據(jù)。