中山市中心城區(qū)智慧排水平臺(tái)建設(shè)思考

毛月紅

（中山市市政排水事務(wù)中心,廣東 中山 528400）

1 引言

市政工程中排水系統(tǒng)的優(yōu)劣對(duì)于交通有重要影響,對(duì)此學(xué)者們進(jìn)行了大量的研究。趙孟哲[1]對(duì)區(qū)域市政排水系統(tǒng)的運(yùn)作效果進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：市政排水系統(tǒng)的規(guī)劃對(duì)于設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)有重要影響。宋培忠等[2]認(rèn)為城市暴雨導(dǎo)致的內(nèi)澇,是造成城市積水的重要原因,因此市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注暴雨量。邱曉瑩[3]認(rèn)為市政排水系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)當(dāng)從路基、路面和綠化帶三個(gè)方面充分考慮,確保排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。石會(huì)霞[4]從多個(gè)方面分析了市政道路排水質(zhì)量差的原因,對(duì)此提出了改善城市排水系統(tǒng)的方法。宮經(jīng)成等[5]認(rèn)為控源截污是水環(huán)境治理的核心,同時(shí)提出了排水單元管理技術(shù),以此完善排水單元生活污水排水系統(tǒng)。

然而以上的研究沒有對(duì)智慧排水系統(tǒng)進(jìn)行分析,對(duì)此本文結(jié)合廣東省中山市城區(qū)積水問題進(jìn)行研究,并以此為基礎(chǔ)提出智慧排水系統(tǒng)。

2 工程概況

中山市位于廣東省中南部,地處珠江出海口。2018 年中山市總供水量為14.21億m3,較2017年減少了0.23億m3,其中地表水源供水量14.19億m3。其中蓄水工程供水量0.43億m3；引水工程供水量4.38億m3,占30.9%；提水工程供水量9.39億m3,占66.1%。

2018 年中山市總供水量為14.21億m3,較2017年減少了0.23億m3,其中地表水源供水量14.19億m3。其中蓄水工程供水量0.43億m3；引水工程供水量4.38億m3,占30.9%；提水工程供水量9.39億m3,占66.1%。中山市已建成污水處理廠22座,建成規(guī)模共136.5萬(wàn)m3/d。由于中心城區(qū)地形呈中心高,周邊低,因排水不暢導(dǎo)致的積水問題較為突出。

3 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

3.1 雨水系統(tǒng)現(xiàn)狀主要存在問題

（1）市政雨水管道未覆蓋完全

隨著城市的發(fā)展,中心城區(qū)部分地區(qū)人口逐漸增加,建筑密度逐漸增大,但市政雨水管道建設(shè)未跟上城市發(fā)展的腳步,導(dǎo)致部分片區(qū)雨水管道缺失或管道雨污合流現(xiàn)象嚴(yán)重,極大程度地影響了片區(qū)排水及水環(huán)境質(zhì)量。

（2）城市雨水管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低

中山市主要雨水管道大多建設(shè)年代較早,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。設(shè)計(jì)重現(xiàn)期普遍為1年,部分地區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)甚至達(dá)不到1年。遇到超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的大暴雨時(shí),容易發(fā)生內(nèi)澇。

（3）市政雨水排水設(shè)施不完善

除已建管道標(biāo)準(zhǔn)本身偏低外,管道私接亂接、管養(yǎng)不到位導(dǎo)致管道淤積堵塞、河涌水位頂托,外河倒灌、排水泵站和泵閘建設(shè)缺失、其他工程施工導(dǎo)致地面標(biāo)高改變、城市不透水面積不斷增加、徑流系數(shù)增大等原因均也會(huì)導(dǎo)致城市內(nèi)澇。

（4）部分雨水系統(tǒng)設(shè)施陳舊老化

中山市中心城區(qū)泵站雨水排水設(shè)施投入使用時(shí)間較長(zhǎng),部分設(shè)施使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20年,出現(xiàn)不同程度受損及故障。根據(jù)調(diào)查,中心城區(qū)部分排澇泵站已過(guò)大修年限,為保證中心城區(qū)防洪排澇設(shè)施運(yùn)行正常,亟需對(duì)相關(guān)泵站進(jìn)行大修；部分排澇泵站的水泵機(jī)組存在不同程度的老化問題,存在無(wú)備用泵、應(yīng)急搶險(xiǎn)設(shè)備缺乏等問題；部分閘門嚴(yán)重磨損、鑲銅存在不同程度變型損壞,且由于工況環(huán)境較差,已出現(xiàn)不同程度銹蝕,無(wú)法維修；部分閘門屬于單邊止水鑄鐵材質(zhì)閘門,存在漏水現(xiàn)象等,對(duì)泵站日常維護(hù)及城市排澇工作已造成較大影響?？梢?中心城區(qū)存在的雨水系統(tǒng)設(shè)施陳舊老化等問題,嚴(yán)重影響著排水設(shè)施運(yùn)行效果,威脅著城市防洪排澇安全。

3.2 污水系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要存在問題

（1）污水管與截污管互相串接

中心城區(qū)現(xiàn)狀是污水管與截污管道相互串接,進(jìn)廠干管多沿河敷設(shè),且按照截污標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),管徑遠(yuǎn)大于常規(guī)污水管設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。旱天無(wú)雨水時(shí),污水在大管徑截污管道中流速低于不淤流速,導(dǎo)致污染物沉積在截污管道中,影響污水進(jìn)廠濃度,長(zhǎng)期運(yùn)行還會(huì)堵塞管道；雨天時(shí)大量雨水進(jìn)入截污系統(tǒng),將截污管道內(nèi)沉積污染物沖刷出來(lái)溢流入河道,造成河道污染；雨天時(shí)雨水大量侵占污水管道空間,管道水位上升,還會(huì)引起上游污水系統(tǒng)的頂托和下游污水系統(tǒng)的倒灌冒溢。

（2）截污設(shè)施與河涌連通

中山市水系發(fā)達(dá),屬于典型的地面標(biāo)高低、河水水位高的地區(qū),中心城區(qū)排水口采用拍門或截流堰等截污設(shè)施不能防溢流、防倒灌,存在與河涌水連通的現(xiàn)象,導(dǎo)致河水混入污水系統(tǒng)。

（3）雨污分流不徹底

中山市城區(qū)近年來(lái)經(jīng)過(guò)雨污分流工程的實(shí)施,合流制管道數(shù)量已大大減少,但仍存在合流制覆蓋渠混流污水進(jìn)入污水管網(wǎng)的情況。現(xiàn)狀運(yùn)行的18座污水泵站中,有7座泵站中還建設(shè)了一個(gè)從覆蓋渠抽水排入污水系統(tǒng)的合流泵房,一定程度上影響了污水廠進(jìn)水濃度。

（4）管網(wǎng)與城市發(fā)展進(jìn)度不匹配

隨著中山市中心城區(qū)的發(fā)展,污水量的增加,污水管道已不滿足日益增長(zhǎng)的污水水量的轉(zhuǎn)輸需求,需要結(jié)合地區(qū)發(fā)展情況,擴(kuò)建排水管道。如珍家山DN2000進(jìn)廠干管長(zhǎng)期高水位運(yùn)行,由于下游的頂托作用,上游污水無(wú)法進(jìn)入污水管網(wǎng),導(dǎo)致污水冒溢,污染嚴(yán)重。

（5）污水干管未完全拉通

現(xiàn)狀部分地區(qū)存在污水干管未完全拉通,污水無(wú)出路的問題,如南區(qū)美坪大街DN400污水主管未與下游寮云路DN600污水主管聯(lián)通,現(xiàn)狀臨時(shí)接入舊管網(wǎng)、出路不明,須盡快拉通污水干管,保證污水出路。

4 智慧排水平臺(tái)建設(shè)的必要性

目前,中心城區(qū)各類污水管道存在非設(shè)計(jì)初衷的互連互通情況,導(dǎo)致污水管網(wǎng)成為大混流系統(tǒng),管網(wǎng)運(yùn)行情況混亂。排水系統(tǒng)信息化現(xiàn)狀也存在一系列問題,一方面,在相當(dāng)程度上制約了排水管理業(yè)務(wù)的發(fā)展、運(yùn)行效能和管理水平；另一方面,成為了中山市治水工作信息化發(fā)展的瓶頸,影響中山市治水工作落實(shí)乃至中山市智慧城市發(fā)展的進(jìn)程,必須充分認(rèn)識(shí)、積極應(yīng)對(duì)、妥善解決。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集、分析、評(píng)估手段已經(jīng)難以滿足當(dāng)前污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn),特別是城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效的需求。與此同時(shí),綜合利用多種信息技術(shù)的智慧排水系統(tǒng),在近些年隨著信息技術(shù)的進(jìn)步而得到了飛速的發(fā)展,其可為排水系統(tǒng)提供決策支持、提高管理水平、挖掘設(shè)施潛力,從而保證排水系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

為了解決中山市排水業(yè)務(wù)和管理上存在的一系列問題,更好的推動(dòng)全市排水管理“一盤棋”,打破“市鎮(zhèn)兩級(jí)+廠網(wǎng)分割”短期管理污水處理設(shè)施的運(yùn)營(yíng)模式,推動(dòng)“廠網(wǎng)一體化”改革,主動(dòng)向科技、向信息化要管理效率,全面提升中山市排水綜合管理水平,全面提升管理的效率和問題處理的能力,做到排水管理與中山市城市發(fā)展相適應(yīng)。在這種形勢(shì)下,加強(qiáng)排水智慧化建設(shè)帶動(dòng)排水管理現(xiàn)代化、加快智慧排水系統(tǒng)建設(shè),就顯得尤為重要。

5 智慧排水平臺(tái)工程方案設(shè)計(jì)

5.1 感知神經(jīng)元方案設(shè)計(jì)

感知神經(jīng)元是中山市智慧排水系統(tǒng)的基礎(chǔ),建立健全物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)對(duì)各類排水設(shè)施,包括內(nèi)澇預(yù)警點(diǎn)、雨污水管網(wǎng)、河涌排口、水閘等的水位、流量、水質(zhì)、視頻等數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)。

對(duì)于市、區(qū)有關(guān)部門已建、在建和規(guī)劃建設(shè)的物聯(lián)感知設(shè)備,采取共享交換的方式獲取數(shù)據(jù),不進(jìn)行前端感知設(shè)備的重復(fù)建設(shè)。水位、流量、水質(zhì)、視頻等數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)位可根據(jù)點(diǎn)位采用傳感器和視頻采集共桿站的方式,一方面大幅降低建站成本,另外一方面可通過(guò)融合網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)傳感器、視頻、廣播等設(shè)備的邊緣智能聯(lián)動(dòng)。

5.2 感知神經(jīng)元分級(jí)

感知神經(jīng)元的建設(shè)分為三個(gè)等級(jí),分別為L(zhǎng)1級(jí)感知、L2級(jí)感知以及L3級(jí)感知,三級(jí)逐漸完善。

L1級(jí)感知是以滿足防汛保障需求為主的初級(jí)感知,主要包括內(nèi)澇預(yù)警點(diǎn)、雨污水管網(wǎng)、河涌排口、排洪渠關(guān)鍵點(diǎn)等的液位計(jì)、AI攝像機(jī)、流量計(jì)等。L2級(jí)感知是在L1級(jí)感知的基礎(chǔ)上進(jìn)一步滿足水質(zhì)提升需求的中級(jí)感知,主要包括排洪渠關(guān)鍵點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀表等。L3級(jí)感知是在L2級(jí)感知的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步滿足溯源監(jiān)管需求的全要素感知,主要包括截污干管關(guān)鍵點(diǎn)的雨污混接檢測(cè)裝置等。

6 排水系統(tǒng)區(qū)域運(yùn)營(yíng)監(jiān)控方案

6.1 建設(shè)目標(biāo)

堅(jiān)持以人為本,按照日常工作及防臺(tái)防汛并重、常態(tài)和非常態(tài)結(jié)合的要求,以業(yè)務(wù)為核心,以技術(shù)為手段,以管理為保障,依靠資源整合和應(yīng)用創(chuàng)新,建設(shè)一套聯(lián)動(dòng)的智慧管控、調(diào)度及指揮體系,其主要通過(guò)中山市中心城區(qū)排水系統(tǒng)區(qū)域運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心為載體實(shí)現(xiàn)各類功能。

中心城區(qū)排水系統(tǒng)區(qū)域運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心為中山市排水管控、調(diào)度及指揮體系夯實(shí)基礎(chǔ),滿足中山排水系統(tǒng)日常工作、戰(zhàn)略會(huì)商應(yīng)急處突、指揮調(diào)度、運(yùn)維管理等需求,加快排水工作內(nèi)容全面匯聚、快速展現(xiàn)、指令高效上傳下達(dá),提供智能化、扁平化和一體化指揮作戰(zhàn)能力,打造一個(gè)全市排水管理單位橫向集中,縱向覆蓋相結(jié)合的高效指揮調(diào)度系統(tǒng)。

6.2 建設(shè)原則

中心城區(qū)排水系統(tǒng)區(qū)域運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心的建設(shè),結(jié)合云端一體的方法論,集成先進(jìn)的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)軟硬件系統(tǒng)、通訊系統(tǒng),會(huì)商系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等,打造高融合、協(xié)同化、可視化的管控、調(diào)度及指揮中心。

（1）高融合

中心城區(qū)排水系統(tǒng)區(qū)域運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心建設(shè)中,通過(guò)采用通信融合、業(yè)務(wù)融合、數(shù)據(jù)融合等技術(shù),打破傳統(tǒng)“信息孤島”作戰(zhàn)模式,建設(shè)高融合的管控、調(diào)度及指揮系統(tǒng),跨越傳統(tǒng)顯控系統(tǒng)指揮大廳、會(huì)商區(qū)、監(jiān)控區(qū)及不同的業(yè)務(wù)部門之間不能實(shí)現(xiàn)信息相互共享、互聯(lián)互通的壁壘。

（2）協(xié)同化

通過(guò)建設(shè)視頻會(huì)商系統(tǒng)及融合通信系統(tǒng),讓所有人員、地點(diǎn)所擁有各種不同類型終端通過(guò)視頻會(huì)議及通信通信技術(shù),簡(jiǎn)化溝通方式,提高溝通效率。不管針對(duì)組織部門或個(gè)人日常的工作,均可實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同。

（3）可視化

中心城區(qū)排水系統(tǒng)區(qū)域運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心,通過(guò)分布式顯控/坐席以及調(diào)度指揮可視化平臺(tái)的建設(shè),將大屏顯示控制、分布坐席管理、日常運(yùn)維、大屏指揮等重要工作進(jìn)行實(shí)時(shí)的可視化操作,解決傳統(tǒng)顯控系統(tǒng)在進(jìn)行視頻信號(hào)、指揮中心設(shè)備調(diào)度時(shí),處于“盲操盲控”方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行有效的預(yù)覽監(jiān)控。

7 結(jié)論

本文結(jié)合廣東省中山市中心城區(qū)路面積水問題進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)研和研究,研究結(jié)論如下：

（1）排水系統(tǒng)存在的主要問題為市政雨水管道未覆蓋完全、城市雨水管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、市政雨水排水設(shè)施不完善和部分雨水系統(tǒng)設(shè)施陳舊老化。

（2）污水系統(tǒng)現(xiàn)狀主要存在問題為污水管與截污管互相串接、截污設(shè)施與河涌連通導(dǎo)致河水倒灌、雨污分流不徹底、管網(wǎng)與城市發(fā)展進(jìn)度不匹配和污水干管未完全拉通。

（3）智慧排水平臺(tái)工程是解決當(dāng)前排水問題的關(guān)鍵,此工程的建立主要與兩個(gè)方面相關(guān),即感知神經(jīng)元方案設(shè)計(jì)和感知神經(jīng)元分級(jí)。

（4）排水系統(tǒng)區(qū)域運(yùn)營(yíng)監(jiān)控方案是解決中心城區(qū)積水問題的重要一環(huán),須打造高融合、協(xié)同化、可視化的管控、調(diào)度及指揮中心。