淺談城市排水防澇監控調度管理系統建設——以蘇州市城市中心區為例

陸沈鈞，戴晶晶，劉增賢

（太湖流域管理局水利發展研究中心，200434，上海）

隨著經濟社會的快速發展，我國城鎮化率已從改革開放初期的19.7%提高到2013年的53.73%。在城鎮化加速推進的過程中，土地利用方式發生了較大變化，城市的水文效應也越發顯著，加之氣候變化等多種因素的綜合作用，導致短歷時、高強度致災暴雨頻發，諸多大中城市洪澇災害日益凸顯。2012年7月、2013年10月、2014年5月北京、上海、深圳等大城市均多次上演“雨后看海”的悲劇，城市交通癱瘓，人民財產損失，甚至造成了人員傷亡，內澇已經成為阻礙城市安全運行的“城市病”，嚴重影響城市品牌和形象。

一、蘇州市內澇災害成因分析

經過多年的建設和管理，江蘇省蘇州市城市中心區排水防澇工程體系初步形成，近10年未發生過大面積內澇災害，但遇短歷時強降雨仍有多處積水內澇現象，其成因主要有以下5個方面。

1.城市暴雨及產匯流特性改變

受極端氣候、城市雨島效應等影響，城市短歷時強降雨頻發，相同重現期的雨量大大增加，同時城鎮化快速發展過程中不透水面積比例增加導致下滲量減少，產流量增加，匯流時間縮短，匯流速度加快，洪峰增大，對城市排水防澇系統造成巨大的壓力。

2.排水防澇體系尚不健全

傳統城市排水重點關注匯流之后的排除過程，缺乏城市雨洪全過程管理，導致工程體系建設以排為主，目前蘇州市城市中心區通過城市防洪控制性工程、雨水排水工程、內河水系、低洼小包圍圈等初步構成了排水防澇工程體系，工程建設側重雨水外排，缺乏對徑流產生源頭的控制、地面產生積水之后的處置措施。

3.現狀排水系統設計標準偏低

經過多年的建設和完善，城市中心區基本實現雨污分流，市政道路雨水管道覆蓋率達5.96km/km2。受當時設計標準的限制，市政雨水管道建設標準大部分按照老公式設計，標準為1年一遇，且普遍存在地塊雨水管道設計標準低于市政道路管道的現象，影響整體排水能力；雨污合流的排水體制在部分老舊街巷仍存在，甚至極少部分地區沒有雨水管道，這些都難以抵御超標暴雨，容易造成暴雨積水。

4.城市水系調蓄能力受到多種因素制約

蘇州市河道密布，水面率較高，城市水系的調蓄能力是應對城市雨洪的關鍵之一。受地形影響，河道流速偏小，容易產生淤積，部分河道駁岸老舊，從而限制河道預降水位不可過低，局部低洼地的存在決定河道排澇控制水位不可過高，這些因素導致城市水系的調蓄能力難以得到充分發揮。

5.城市生產生活垃圾處置不當對排水設施養護造成壓力

城市生產生活過程中，建筑施工垃圾等臨時擺放位置不合理，強降雨來臨后，時常堵塞雨水管網，對管網日常維護管理造成較大壓力，影響正常能力的發揮，留下暴雨積水成災的隱患。

綜上可知，城市化快速發展進程中，一方面由于下墊面變化，導致產流量和洪峰量增加，匯流時間縮短，致災因素增強；另一方面，排水系統的脆弱性增加，城市內澇承受能力不斷降低。更為重要的是，在洪澇災害預測預警、洪澇災害防控技術、洪澇調度管理水平等方面，水利信息化技術手段薄弱，也是我國城市發生內澇災害的重要原因。因此，急需在進一步增強全社會防災減災意識，普及推廣全民防災減災知識和避災自救技能的基礎上，開發適合高強度、短歷時城市暴雨特點和復雜下墊面條件下的排水防澇監控調度管理系統，科學應對洪澇災害。

二、城市排水防澇監控調度管理系統

根據智慧蘇州規劃提出的“以智能化深化信息化”的要求，運用物聯網、大數據、云計算、數學模型等技術，以完善信息采集網絡、加強信息管理與共享、深化業務應用與集成、推廣信息服務為重點，建立“科學規劃、實時監測、精準治理、高效服務”的城市排水防澇信息化體系，全面提升蘇州市排水防澇監測監控、信息資源管理、業務應用、預測分析、應急處置、風險管理以及社會服務的能力。建設任務包括實時監測與智能監控、預測預報與調度決策支持、預警與社會服務、業務管理與系統運行保障。

蘇州市排水防澇信息化建設總體框架（見圖1）主要由水務智能感知網、信息資源中心、業務運行平臺、調度決策支持系統、信息服務和安全保障與標準規范等部分組成。智能感知網是信息化的基礎，主要實現城區水雨情采集和排水工程設施監測監控。信息資源中心主要實現各類數據匯集、存儲、管理、共享和交換。業務運行平臺在信息資源中心的基礎上提供綜合信息服務、工程運行維護管理和信息展示等功能。調度決策支持系統在信息資源中心和模型庫的基礎上建立工程調度決策支持體系，利用數學模型進行內澇風險預測預報，為城市排水防澇工程調度提供科學依據。

1.智能感知網

智能感知網是以物聯網技術為核心應用于城市排水防澇工程監測，通過各種傳感設備進行信息交換和通信，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，實時感知城市排水防澇工程的各類要素狀態，并將監測采集到的信息通過網絡傳輸至排水管理部門。主要加強城市降雨監測、河湖水情監測、排水設施運行監測、積水區域積水監測、水閘運行監測等5個方面。

根據上述監測內容，結合蘇州實際，布置了6類共計98個監測點，分別為2個雨情監測點（利用現狀）、15個積水災害監測點、6個管網運行監測點、23個立交雨水泵站監測點、10個水質監測點和42個泵閘運行監測點。

圖1 城市排水防澇監控調度管理系統

2.信息資源中心

在已建各類數據庫的基礎上，建立信息資源中心，存儲和管理實時監測、系統運行、工程調度、業務管理、共享信息等海量數據資源。信息資源中心由安全管理、服務管理、資源管理三大管理功能和服務門戶構成。安全管理主要通過跟蹤審計、身份認證和資源保護等技術實現信息安全保障；服務管理主要通過目錄服務、內容管理、消息服務、流程管理等提供數據服務；資源管理主要由數據資源、工具資源、構件資源和計算資源等組成，其中數據資源按照基礎數據、監測數據、業務數據、政務數據等4個分類進行建設；服務門戶通過提供統一的信息服務門戶，實現排水信息的共享發布與信息服務，為各級排水用戶提供數據資源發布、查詢、檢索等功能。

3.業務運行平臺

（1）監測監控

建立監控信息應用平臺，集成氣象、水利、水務、排水、市政、交通等監測監控信息，實現基于地理信息系統的天氣、臺風、降雨、河湖水情、管網監測、泵站運行、交通管理等信息的實時查看，通過遠程控制功能實現對泵站、水閘的遠程管控，根據警戒條件進行信息提示和科學合理的排水調度控制。

（2）運行管理

建立排水設施巡查、檢測、評估規范和流程，及時發現和分析管網、泵站、水閘等設施的運行問題，科學指導設施維修、養護和改造。管理維護內容包括監測站點巡查維護、通信網絡維護、數據存儲與管理、基礎設施維護、應用系統維護等。

（3）應用展示

建設應用信息展示平臺，將感知網監測信息、預警信息與城市排水除澇工程措施等信息顯示在基于地理信息的地圖上，完成對業務信息的集中分析展示。

4.調度決策支持

（1）預測預報

建立較為精確的城市排水防澇綜合數學模型，通過云計算快速模擬分析城市積水、河網水情，對城市內澇進行預測預報。

①數學模型建設

建立管網和河網耦合數學模型系統，模擬城市河網管網在暴雨條件下的水動力過程，利用實時模擬技術進行工程調度過程的仿真計算和調度預判，并利用仿真計算結果開展調度方案的評價，為各種可能的水雨情變化對汛情發展的影響進行預判提供可能。

②情境模擬與預警

根據預報的降雨情況，結合實時采集的數據和當前實際工況條件，模擬計算獲得城市中心區河道水位、管網積水等信息，并根據事先設定的預警條件，開展水位與積澇預警。

（2）排水決策調度

利用城市排水防澇綜合數學模型對現狀管網能力、薄弱管線、可能積水點等進行分析，利用預報的降雨數據，對可能出現的積水位置進行預判，根據出現險情的等級、危險程度，對不同的調度方案進行情景模擬，選出較優方案，供決策者進行決策，在系統的支持下，按照調度方案進行高效率的人員、物資、設備等調度，科學處置內澇災害。

（3）調度方案管理

①建立合理的調度方案、應急預案數據庫及數字化調度指標體系。數字化內容包括動作啟動的條件，河道水位、低洼地積水、下立交積水、流量、水質、降雨等指標體系，以及啟動后應采取的措施等。

②建立調度指令執行情況預警監視體系與評價體系。根據調度指令、關鍵指標結合工程運行實況信息開展對比，實現對當前有效的調度指令執行情況的預警監視。同時數字化的調度方案還可與模型計算相結合，通過模型模擬計算分析，優化不同條件下工程調度指令，發揮工程效益。

（4）風險管理

建立城市暴雨內澇模型，結合社會經濟數據，利用情景模擬，分析和識別城市內澇風險分布，根據城市內澇風險評估結果，指導排水系統、排水管網、泵站和管網的規劃、管理和改造。

5.信息服務

運用電視、廣播、短信、微信、微博、第三方地圖服務等方式實現信息的發布與傳播，通過監測網絡、大數據分析、公眾信息接報等方式及時發現積水情況，快速響應，精準處置，建立面向社會公眾的互動式信息服務體系。

6.安全保障措施與標準規范

根據《中華人民共和國保守國家秘密法》、《計算機信息系統國際聯網保密管理規定》和信息安全等級保護的有關規定和要求，根據蘇州城市排水信息安全保障需求和信息安全技術發展趨勢，從安全技術應用、信息安全管理、安全能力建設和標準規范建設4個方面，對物理、網絡、主機、應用和數據等加強安全技術保障，確保信息化高效有序、安全可控。

①加強安全技術應用。針對云計算、移動互聯網、物聯網、大數據等新技術、新應用帶來的安全風險，積極引入技術先進、安全可控的信息安全技術及產品，提升信息安全技術防護能力。

②加強信息安全管理。構建排水信息系統全生命周期的信息安全監管機制。加強實時監測預警與應急處置，落實信息系統安全測評，建立健全信息安全責任制體系，強化風險評估、等級保護、安全測評、應急管理等長效制度的落實。

③加強安全能力建設。完善網絡與信息安全應急保障體系建設，定期開展應急演練，加強信息安全員的教育培訓與知識更新。提升預防保障能力、監督檢查能力、監測預警能力、應急響應能力和數據恢復能力。

④加強標準規范建設。研究形成適應信息技術發展趨勢的標準規范體系，編制適合蘇州市排水管理特點的總體標準、應用分類標準、數據采集與傳輸標準、網絡與通信類標準、信息安全類技術與管理標準、數據目錄標準等，并完善標準執行的相關規范。

三、結 語

城市內澇災害已成為影響城市經濟可持續發展、建設和諧社會的重要因素。城市排水防澇監控調度管理系統是城市內澇防治體系中的重要非工程措施之一。以蘇州市城市中心區為例，加強城市排水防澇信息化建設，通過對智能感知網、信息資源中心、業務運行平臺、調度決策支持、信息服務以及安全保障措施與標準規范方面進行初步研究，建立蘇州市排水防澇監控調度管理系統。然而城市內澇災害防治是一項復雜的系統工程，在此筆者對今后城市的建設和管理提出如下建議，以供參考。

1.健全體制機制

出臺地方性防洪排澇配套法規，明確排水防澇的責任主體與行為規范，保障城市公共安全有法可依；制定符合城市特征的低影響開發建設管理條例，控制開發強度，合理安排布局，有效控制雨水徑流，最大限度減少對城市水生態環境的破壞；制定和完善強制性城市排水標準，適應城市化進程加快對工程建設的需求；提出城市建設藍線、水面率、綜合徑流系數、下凹式綠地比例、可滲透面積比例等指標，作為強制性標準納入城市現代化建設考核體系。

2.強化統籌管理

我國城市洪澇治理涉及水利、市政、規劃、交通、國土等諸多方面，各行政部門長期以來都采取分割式設計與管理，但是管網與河道排水兩者是統一的整體，需要合理銜接，統籌管理。因此，科學應對和治理城市內澇，要堅持統一規劃、整體設計，推進城市排水防澇的一體化管理。

3.完善應急預案

建議按照防御準備、應急響應、后期處理3個環節制定 “蘇州市排水防澇應急預案”，并與蘇州市現有的相關預案做好銜接。明確預警分級標準及預警等級、內涵及相應的處置程序和措施；針對不同預警等級，結合實際現狀特點，建立不同等級、不同區域、不同部門的應急系統；建立覆蓋超標降雨在內的各等級降雨所導致內澇災害的風險管控機制；建立與預警等級聯動的人員疏散、交通組織等預案制度，健全應急處置的技防、物防和人防措施，加強預案的動態管理。

[1]張建云.城市洪澇應急管理系統關鍵技術研究[J].中國市政工程，2013（增刊總第168期）.