武漢市智慧水務(wù)的探索與應(yīng)用

文|劉敏 金衛(wèi)華 楊劍鋒 聶彪 何蒙

武漢市位于長江中游、江漢平原東部，各類水資源豐沛，江河縱橫、湖港交織，水域面積約占全市總面積25%。武漢市多年平均降雨量超過1200 毫米，降雨集中在6月至8月，約占全年降雨量的40%，其中暴雨出現(xiàn)時(shí)間與長江、漢江汛期重疊，雨水主要依賴泵站抽排出江，外洪內(nèi)澇疊加效應(yīng)明顯，防洪排澇任務(wù)艱巨，城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)非常大，建成區(qū)范圍的暴雨內(nèi)澇災(zāi)害治理和處置尤為重要。

圖1 武漢市智慧水務(wù)總體架構(gòu)

武漢市近年來大力推進(jìn)內(nèi)澇點(diǎn)的整治工作，其中信息化支撐是內(nèi)澇治理重要的非工程措施之一，武漢市智慧水務(wù)在物聯(lián)感知監(jiān)測、數(shù)據(jù)整合、模型構(gòu)建、排澇業(yè)務(wù)應(yīng)用等方面進(jìn)行了探索建設(shè)，在內(nèi)澇治理實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，助力武漢科學(xué)治水，支撐城市內(nèi)澇治理水務(wù)業(yè)務(wù)管理初見成效。

建設(shè)目標(biāo)及架構(gòu)

武漢市智慧水務(wù)建設(shè)目標(biāo)是通過云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與水務(wù)業(yè)務(wù)的深度融合，計(jì)劃到2025年基本形成系統(tǒng)科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)體系和統(tǒng)一運(yùn)維體系，“全流域、全要素、全時(shí)段、全天候”的物聯(lián)感知網(wǎng)，構(gòu)建功能完善的水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、應(yīng)用支撐平臺(tái)和綜合決策指揮平臺(tái)，建成全面覆蓋水務(wù)業(yè)務(wù)場景的核心智慧應(yīng)用系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)全感知、一圖知全局、一屏全指揮、一鍵輔決策、一證保安全”五項(xiàng)管控目標(biāo)，推動(dòng)武漢市水務(wù)管理規(guī)范化、精細(xì)化、智能化發(fā)展，使水務(wù)運(yùn)營更高效，管理更科學(xué)，服務(wù)更優(yōu)質(zhì)。

武漢市智慧水務(wù)總體架構(gòu)是圍繞水務(wù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，匯聚全市涉水業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建設(shè)智慧水資源、智慧水安全、智慧水環(huán)境、智慧水生態(tài)、智慧水文化、智慧水政務(wù)6 大業(yè)務(wù)場景，水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、應(yīng)用支撐能力平臺(tái)、綜合決策指揮平臺(tái)3 個(gè)平臺(tái)，ICT 基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施2 大基礎(chǔ)設(shè)施，以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系、統(tǒng)一運(yùn)維體系3 個(gè)保障體系，形成“6+3+2+3”的總體框架。

主要建設(shè)內(nèi)容

武漢市智慧水務(wù)主要建設(shè)任務(wù)包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系、統(tǒng)一運(yùn)維體系、物聯(lián)感知系統(tǒng)、ICT 基礎(chǔ)設(shè)施、大數(shù)據(jù)平臺(tái)、應(yīng)用支撐平臺(tái)、核心應(yīng)用系統(tǒng)及綜合決策指揮平臺(tái)等內(nèi)容。其中通過內(nèi)澇監(jiān)測感知點(diǎn)、排澇水業(yè)務(wù)場景等建設(shè)，在內(nèi)澇治理等方面進(jìn)行了積極有效的探索。

武漢市水務(wù)大數(shù)據(jù)中心通過頂層規(guī)劃與設(shè)計(jì)水務(wù)信息資源，建立水務(wù)數(shù)據(jù)資源目錄，匯集整合了全市涉水業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的水務(wù)數(shù)據(jù)資源體系，制定智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，搭建功能完善的水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水務(wù)數(shù)據(jù)匯集、治理、計(jì)算、開發(fā)應(yīng)用及交換共享的全過程規(guī)范化管理，為智慧水務(wù)應(yīng)用提供全面數(shù)據(jù)支撐。

基于地理信息系統(tǒng)，底圖采用武漢市政務(wù)地圖，疊加多年遙感影像，開發(fā)完成了武漢水務(wù)一張圖。目前集成了60 多個(gè)水務(wù)空間數(shù)據(jù)圖層，全方位展示武漢市河流、166 個(gè)湖泊、262座水庫、堤防、雨污水管線、泵站、排水水系、污水系統(tǒng)及其他重要水務(wù)設(shè)施的空間分布及屬性信息。

武漢市智慧水務(wù)重點(diǎn)建設(shè)了多類物聯(lián)感知設(shè)備，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)及衛(wèi)星遙感等多樣化技術(shù)手段，構(gòu)建“天空地”多元立體的智能感知體系，補(bǔ)齊水情、水質(zhì)、流量、工情監(jiān)測及視頻監(jiān)控短板，基本建成全面監(jiān)測、重點(diǎn)管理的物聯(lián)感知體系。內(nèi)澇治理方面，補(bǔ)充建設(shè)了200 余處內(nèi)澇點(diǎn)水深監(jiān)測、水閘開啟度監(jiān)測、視頻監(jiān)控及重點(diǎn)排口、河湖港渠流量監(jiān)測等內(nèi)容。

基于水文模型數(shù)值模擬的洪澇災(zāi)害預(yù)警是城市內(nèi)澇治理的重要手段，武漢市已搭建中心城區(qū)城市排水水力模型，選用了城市綜合流域排水模型軟件，融合持續(xù)更新的排水管線數(shù)據(jù)、港渠河湖實(shí)測水位、閘泵站工況數(shù)據(jù)、不透水區(qū)域調(diào)查、地形數(shù)據(jù)及人口等多類數(shù)據(jù)，經(jīng)過模型建立、校核、計(jì)算分析等步驟，按不同暴雨量級(jí)生成淹沒水深圖和淹沒歷時(shí)圖。

緊密圍繞城市內(nèi)澇治理業(yè)務(wù)需求，武漢市智慧水務(wù)專門開發(fā)了“排澇水”主題應(yīng)用場景，將已有的排水管理系統(tǒng)進(jìn)行全面迭代升級(jí)，并建設(shè)了綜合決策指揮平臺(tái)。結(jié)合排澇形勢相關(guān)的氣象雷達(dá)、物聯(lián)網(wǎng)感知、視頻監(jiān)控、排澇設(shè)施工況、搶排人員及設(shè)備位置、社交媒體輿情等多維度實(shí)時(shí)監(jiān)測大數(shù)據(jù)，運(yùn)用實(shí)時(shí)水力模型分析、AI 等技術(shù)，初步具備了態(tài)勢感知、預(yù)測預(yù)警、水系調(diào)度、融合會(huì)商等功能，開發(fā)了移動(dòng)版“武漢水務(wù)通”APP，全面輔助排澇調(diào)度決策及應(yīng)急處置。形成了內(nèi)澇事件實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、內(nèi)澇點(diǎn)短信預(yù)警、AI 視頻內(nèi)澇分析事件推送、水深變化預(yù)警、內(nèi)澇處置成效等全流程精細(xì)化管理。

內(nèi)澇治理應(yīng)用成效

武漢市智慧水務(wù)目前正在推進(jìn)項(xiàng)目一期實(shí)施，排澇水應(yīng)用場景已初步搭建，在近年來多場次強(qiáng)降雨期間發(fā)揮見效，2021年共整治了40余處易積水點(diǎn)，以2022年7月19-20日強(qiáng)降雨為例，期間發(fā)送內(nèi)澇預(yù)警信息4000 余條，收集積水輿情88 條，輔助了多個(gè)內(nèi)澇點(diǎn)快速發(fā)現(xiàn)和處置，為科學(xué)調(diào)度、確保城市安全提供了有力支撐。

武漢市智慧水務(wù)平臺(tái)及移動(dòng)端APP 提供排水管網(wǎng)巡線、事件上報(bào)、任務(wù)派單、維護(hù)回傳等業(yè)務(wù)流程化閉環(huán)管理功能，工作人員根據(jù)排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能隱患動(dòng)態(tài)信息，編制工作計(jì)劃，及時(shí)組織開展管網(wǎng)檢修改造和疏浚維護(hù)，完善排水管網(wǎng)功能，改善排水能力。相關(guān)責(zé)任單位可通過智能表單填報(bào)最新排水設(shè)施的屬性及空間信息，通過水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)綜合治理，保障排水設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新，推進(jìn)排水設(shè)施逐步實(shí)現(xiàn)精細(xì)化和動(dòng)態(tài)化管理。

結(jié)合最新排水設(shè)施及工程情況，依托排水水力模型計(jì)算分析，評(píng)估武漢市建成區(qū)高、中、低易積水風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，結(jié)合歷史內(nèi)澇點(diǎn)情況，每年汛期前更新編制全市內(nèi)澇點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)圖并向社會(huì)公布，針對(duì)重點(diǎn)內(nèi)澇防御區(qū)域，編制不同場景下應(yīng)急調(diào)度方案。組織各區(qū)、各有關(guān)部門根據(jù)實(shí)際情況，制定內(nèi)澇點(diǎn)“一點(diǎn)一策”應(yīng)急預(yù)案，逐一落實(shí)人防、物防、技防措施。通過共享接入武漢市氣象臺(tái)發(fā)布的降雨預(yù)警信息，前端內(nèi)澇監(jiān)測設(shè)備自動(dòng)預(yù)警并滾動(dòng)推送內(nèi)澇短信，使用移動(dòng)端APP 水務(wù)通和短信同步推送給各級(jí)排澇責(zé)任人。

武漢市排澇調(diào)度根據(jù)階段不同，可分為汛前準(zhǔn)備、雨中調(diào)度和雨后災(zāi)情處置三個(gè)階段。汛前結(jié)合湖泊實(shí)時(shí)監(jiān)測水位，按照調(diào)度預(yù)案，提前抽排降低水位，預(yù)留調(diào)蓄空間。雨前依據(jù)各類預(yù)警預(yù)測信息，管理人員結(jié)合實(shí)際情況提前發(fā)送人員到位、泵站開機(jī)、閘門開啟等調(diào)度指令，相關(guān)責(zé)任人接到信息指令后，立即組織人員設(shè)備提前駐守易積水點(diǎn)。降雨時(shí)管理人員查看全市實(shí)時(shí)降雨分布情況，及時(shí)掌握暴雨中心位置，調(diào)看共享的城市道路及周邊視頻，發(fā)現(xiàn)積水時(shí)立即發(fā)送事件到相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行處置，實(shí)時(shí)跟進(jìn)內(nèi)澇點(diǎn)處置和消退情況；以排水系統(tǒng)為單元，根據(jù)水系排水通道源頭到末端的湖泊、港渠、泵站前池水位情況，分析判斷排水堵點(diǎn)，及時(shí)采取措施，確保排水通道暢通；發(fā)現(xiàn)水位過高時(shí)，調(diào)動(dòng)泵站加開機(jī)組，科學(xué)控制泵站前池、港渠和湖泊水位。

武漢市智慧水務(wù)平臺(tái)滾動(dòng)推送降雨預(yù)警信息和降雨實(shí)況，結(jié)合內(nèi)澇點(diǎn)實(shí)時(shí)水深及現(xiàn)場視頻監(jiān)控，指揮中心查看現(xiàn)場搶排情況并遠(yuǎn)程指揮調(diào)度，通過GPS 定位移動(dòng)泵車，統(tǒng)籌調(diào)配周邊人員設(shè)備進(jìn)行應(yīng)急抽排，并第一時(shí)間向交管、城管等部門推送道路內(nèi)澇信息，及時(shí)做好交通疏導(dǎo)及應(yīng)急救援，通過微博、頭條號(hào)及時(shí)發(fā)布內(nèi)澇及應(yīng)急抽排有關(guān)情況，提醒市民合理出行。

超標(biāo)降雨是指超出城市排水防澇標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)降雨，超標(biāo)降雨應(yīng)急應(yīng)對(duì)是城市內(nèi)澇治理的重要管理體系內(nèi)容。武漢市超標(biāo)降雨條件設(shè)定為百年一遇，即1 小時(shí)降雨超過100 毫米或24 小時(shí)降雨超過300 毫米且降雨持續(xù)，基于已構(gòu)建的排水水力模型，進(jìn)行了超標(biāo)降雨內(nèi)澇分析，評(píng)估了各區(qū)域的淹沒高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及退水時(shí)長，發(fā)布了超標(biāo)降雨城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分布圖。由此制定了《武漢市超標(biāo)降雨災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案》，其中明確了武漢市城市內(nèi)澇重點(diǎn)防護(hù)對(duì)象、應(yīng)急職責(zé)分工、災(zāi)害情景構(gòu)建、預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)、災(zāi)后處置等內(nèi)容，全面指導(dǎo)超標(biāo)降雨災(zāi)害時(shí)的應(yīng)對(duì)工作，嚴(yán)格落實(shí)超標(biāo)降雨災(zāi)害的主體責(zé)任，全力保障城市運(yùn)行和人民群眾基本生活。