基于物聯(lián)網(wǎng)的重慶市智慧排水建設(shè)體系探討

羅茜平 何宗苡 景袁媛

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401120）

排水管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，具有保證城市正常運(yùn)行、保護(hù)環(huán)境和城市減災(zāi)等功能[1]。重慶城市排水面臨適應(yīng)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)以及氣候變化的挑戰(zhàn)，面對(duì)“生態(tài)文明建設(shè)”“海綿城市”等規(guī)劃推進(jìn)力度增強(qiáng)、“云物移大智”技術(shù)應(yīng)用日益廣泛、提高運(yùn)營決策效率需求更加急迫的發(fā)展環(huán)境，需要利用智慧排水建設(shè)提升城市韌性，促進(jìn)城市高質(zhì)量發(fā)展，建設(shè)具有重慶地域特色的智慧城市。重慶市住建委于2020年3月印發(fā)的《關(guān)于統(tǒng)籌推進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的指導(dǎo)意見》明確，截至2025年，排水管網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)為“物聯(lián)網(wǎng)+智慧排水”。為進(jìn)一步建立獨(dú)具重慶特色的集約高效的智慧排水系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧排水系統(tǒng)搭建成為行業(yè)近期研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。文章總結(jié)重慶市主城區(qū)排水現(xiàn)狀，分析排水系統(tǒng)建設(shè)需求，提出智慧排水系統(tǒng)建設(shè)重點(diǎn)，為其他區(qū)域的智慧排水系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

1 重慶市主城區(qū)排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 降雨時(shí)間、空間特征差異明顯

重慶屬于多雨地區(qū)，受地形條件和西南低渦影響，易發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水，具有雨峰靠前、雨型急促等特征，易發(fā)生內(nèi)澇。重慶市超過80%的降雨集中在春夏兩季，夏季降水量最多，時(shí)空特征差異明顯[2]。重慶市降雨大致呈現(xiàn)從東北向西南逐漸遞減的趨勢，短時(shí)強(qiáng)降雨的高頻中心主要分布在西部、東北部，空間特征差異明顯。

1.2 地形起伏大、地貌復(fù)雜

根據(jù)重慶市地理信息中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析主城區(qū)土地利用的坡度分布特征發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度土地開發(fā)主要集中在平坦和緩坡區(qū)域，低強(qiáng)度土地開發(fā)主要集中在陡坡區(qū)域，建設(shè)用地主要集中于坡度0～6°的較平坦和緩坡區(qū)域[3]。重慶市地形地貌復(fù)雜、地勢較破碎且起伏大，道路重力流排水系統(tǒng)無法集中排放，導(dǎo)致主城區(qū)排水系統(tǒng)呈分散、割裂特征。

1.3 下墊面污染負(fù)荷較高

重慶地形具有起伏大、產(chǎn)流快、沖刷強(qiáng)的特點(diǎn)，暴雨徑流下，流域產(chǎn)匯流水文過程迅速發(fā)生、迅速消退的特征更加明顯，暴雨初期的下墊面沖刷效應(yīng)更顯著。相似的降雨條件下，與平原城市相比，山地城市交通干道降雨徑流攜帶TSS和COD污染負(fù)荷的比例比提高16%、22%[4]。

1.4 排水系統(tǒng)管理需優(yōu)化

城市排水管道建設(shè)方面，主城建成區(qū)排水管道密度達(dá)13.94 km/km2、污水處理率達(dá)98.17%，處于全國較為領(lǐng)先水平[5]。管道運(yùn)維管理方面，市級(jí)層面主城區(qū)域已建成重慶市排水防澇大數(shù)據(jù)中心，沙坪壩和兩江新區(qū)已建成智慧管理平臺(tái)，其他區(qū)域處于積極建設(shè)階段。現(xiàn)狀建設(shè)條件下，可能存在發(fā)生城市排水不暢、雨污混流等問題。

（1）排水管網(wǎng)運(yùn)維能力需提高。

目前，管網(wǎng)檢測、漏損修復(fù)、普查等工作難以滿足運(yùn)維需求。缺乏預(yù)警機(jī)制，管理人員對(duì)潛在的管網(wǎng)問題難以提前發(fā)現(xiàn)和預(yù)警，難以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，無法預(yù)測并及時(shí)控制潛在風(fēng)險(xiǎn)。排水管網(wǎng)及附屬設(shè)施維護(hù)管理的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、考核辦法和考核原則需要進(jìn)一步完善。

（2）排水管網(wǎng)系統(tǒng)管理有待加強(qiáng)。

規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)維管理等方面，排水系統(tǒng)未充分考慮“一張網(wǎng)”的整體規(guī)劃與設(shè)計(jì)。市場機(jī)制運(yùn)用不充分造成城市排水管網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)管水平與城市高質(zhì)量發(fā)展需求不匹配。

（3）排水感知體系亟須健全。

大部分排水管線暗敷于地下，可以通過排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫掌握其結(jié)構(gòu)狀況和功能狀況等靜態(tài)信息，但還無法直觀掌握其實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，如運(yùn)行水位、流量、水質(zhì)指標(biāo)等。

（4）平臺(tái)建設(shè)需實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化”到“智慧化”。

智慧管網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)分析和資源整合能力不足。無人值守泵站改造過程中，原有調(diào)度中心不滿足三級(jí)調(diào)度指揮要求。智慧管網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析和決策支持的能力有待提高。

2 重慶市智慧排水系統(tǒng)建設(shè)需求

智慧排水建設(shè)程度是評(píng)價(jià)城市管理信息化水平的重要標(biāo)志，上海、廣州及深圳等城市均已建成排水信息管理系統(tǒng)。受特殊的自然條件影響，重慶市排水系統(tǒng)十分復(fù)雜，對(duì)智慧排水系統(tǒng)的建設(shè)需求更迫切。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)建背景分析

2012年至“十四五”期間，國務(wù)院、國家發(fā)改委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門陸續(xù)印發(fā)倡導(dǎo)智慧水務(wù)行業(yè)的發(fā)展策略，內(nèi)容涉及智能供排水和污水處理系統(tǒng)等內(nèi)容。重慶作為西部地區(qū)的核心城市，為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展、建設(shè)科學(xué)合理的重慶排水系統(tǒng)，出臺(tái)了推進(jìn)智慧排水的文件。2021年3月，市住建委發(fā)布《2021年城鎮(zhèn)排水與污水處理工作要點(diǎn)》，強(qiáng)調(diào)加快“物聯(lián)網(wǎng)+智慧排水”系統(tǒng)建設(shè)，推進(jìn)重慶市排水系統(tǒng)管理由經(jīng)驗(yàn)管理、人工管理向智慧化管理轉(zhuǎn)變。

2.2 支持重慶市排水行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

截至2035年，與2019年相比，重慶雨污水干管長度分別增加54.4%、45.7%，排水系統(tǒng)的發(fā)展逐漸由“量多”轉(zhuǎn)向“質(zhì)高”。排水系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營，以滿足生態(tài)文明建設(shè)需求，實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)精細(xì)化管理，在“廠-網(wǎng)-體化”的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“源-網(wǎng)-廠-河”的系統(tǒng)化運(yùn)作，為城市的健康發(fā)展提供保障。

2.3 服務(wù)型政府建設(shè)的重要內(nèi)容

重慶市需要建成面向水務(wù)管理人員及公眾的統(tǒng)一服務(wù)體系，建設(shè)排水信息門戶網(wǎng)站、智慧排水綜合信息服務(wù)系統(tǒng)以及排水決策服務(wù)子系統(tǒng)，促成管理高效化、科學(xué)化、信息透明化。同時(shí)，需充分考慮智慧城市與其他水務(wù)信息化、政務(wù)信息化平臺(tái)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)城市智慧水務(wù)的綜合調(diào)度和統(tǒng)一指揮及信息共享。

3 重慶市智慧排水系統(tǒng)構(gòu)建重點(diǎn)

3.1 完善排水系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是智慧排水系統(tǒng)感知層的核心，能夠獲取城市排水系統(tǒng)中的信息，實(shí)現(xiàn)智慧排水的全面感知識(shí)別、信息獲取和采集，為智慧排水系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)、預(yù)警決策及規(guī)劃建設(shè)等提供數(shù)據(jù)支撐。

監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)需充分考慮重慶市山地城市排水系統(tǒng)特點(diǎn)，結(jié)合區(qū)域現(xiàn)狀情況設(shè)計(jì)[6-7]。重慶地形地貌復(fù)雜、地勢較為破碎且起伏大，重力流排水系統(tǒng)無法集中排放，排水系統(tǒng)割裂；地形起伏大導(dǎo)致排水管道敷設(shè)方式多種多樣，架空敷設(shè)方式較常見，部分地下管道埋深大，使提升泵站分布廣泛，地質(zhì)條件多變導(dǎo)致“大挖大填”現(xiàn)象，排水管道在豎向易發(fā)生不均勻沉降；城市道路縱坡大，陡坎梯道多，排水管渠系統(tǒng)流速及上下游落差大，跌水、消能構(gòu)筑物應(yīng)用多，雨峰靠前、雨型急促，短時(shí)易形成暴雨或強(qiáng)降雨，使排水系統(tǒng)壓力大。

基于重慶城市排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，智慧排水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布置、數(shù)據(jù)感知獲取與平原地區(qū)存在較大差異。重慶排水系統(tǒng)較為割裂，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)空間分散、種類繁多的特點(diǎn)，布點(diǎn)復(fù)雜；與埋地敷設(shè)相比，管道架空的檢修較為困難，存在管道不均勻沉降現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致管道錯(cuò)位、污水外漏現(xiàn)象，管道架空敷設(shè)、易發(fā)生不均勻沉降處需增加監(jiān)測布點(diǎn)；跌水、消能檢查井在重慶應(yīng)用廣泛，管道內(nèi)水流沖擊大時(shí)，易形成沉積，跌水、消能構(gòu)筑物處應(yīng)增加監(jiān)測布點(diǎn)；排水系統(tǒng)的隧道、涵洞多，管道低處易產(chǎn)生積水，隧道在暴雨季節(jié)易發(fā)生內(nèi)澇，關(guān)鍵隧道、涵洞處應(yīng)增加監(jiān)測布點(diǎn)。

重慶主城區(qū)面積廣、子流域多、排水分區(qū)復(fù)雜、管理體制多元化，排水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布設(shè)宜采取“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施，各區(qū)分工負(fù)責(zé)”的建設(shè)模式。完善主城區(qū)排水系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可以一定限度地解決主城區(qū)雨污混流、溢流污染等問題，是持續(xù)深化重慶市污水提質(zhì)增效、廠網(wǎng)一體的重要途徑。

3.2 排水系統(tǒng)模型仿真

結(jié)合重慶市的地形特點(diǎn)、長江和嘉陵江防洪堤的總體布置，排水系統(tǒng)模型以主城區(qū)5個(gè)排水組團(tuán)為邊界，可以劃分為72個(gè)子流域，流域總面積5 882.88 km2。各區(qū)的排水系統(tǒng)模型在遵循“共享與標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一原則”的基礎(chǔ)上，各自建設(shè)，避免形成各區(qū)系統(tǒng)相互剝離、數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的局面。

獲取各區(qū)的基礎(chǔ)監(jiān)測數(shù)據(jù)，梳理確定各片區(qū)主要污染負(fù)荷類型及空間分布特征，構(gòu)建流域內(nèi)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及污染源、排水系統(tǒng)（網(wǎng)-站-廠）與受納水系間的空間拓?fù)潢P(guān)系，從而確定主城區(qū)排水系統(tǒng)“產(chǎn)-匯-排”的路徑。同時(shí)，通過模擬運(yùn)算對(duì)各種規(guī)劃條件、情景工況下不同方案的預(yù)期結(jié)果進(jìn)行快速反映和評(píng)估，為制定切實(shí)可行的管理策略和發(fā)展規(guī)劃提供參考。

重慶主城區(qū)排水流域統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 重慶主城區(qū)排水流域統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

智慧排水是未來智慧城市建設(shè)的重點(diǎn)。通過構(gòu)建智慧排水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市排水“一張網(wǎng)”、運(yùn)行維護(hù)高效化、預(yù)警決策智能化、規(guī)劃建設(shè)更優(yōu)化及行政管理集約化，可為重慶市打造新型智慧城市、提升氣候變化抵抗能力、加強(qiáng)重大公共事件等外部沖擊韌性提供技術(shù)支撐。社會(huì)科技處于快速更新迭代階段，重慶市智慧排水系統(tǒng)的建設(shè)需在實(shí)踐中不斷深化、完善和成熟。