長春市城市水文監測應用平臺建設初探

孫興勃 趙祺

摘 要：隨著城市化進程加快，作為吉林省省會城市，長春市已經成為吉林省人口較密集地區，城市防洪標準偏低，城市水文工作基礎薄弱，與城市快速發展不相適應。目前，長春市汛期內澇積水嚴重，對城市發展、人民生活、社會秩序等方面都造成不同程度的干擾；水生態系統已經不同程度地受到人類的破壞。通過本項目的建設，初步構建城市水文監測站網，搭建城市水文綜合應用平臺，做到實時監測城市積水信息并提供預報數據，為城市交通和民眾出行提供依據，提醒出行人員及時繞開積水路段，減少人員傷亡和財產損失；同時實現對水環境、水生態進行實時監測、預報、預警，為水環境污染治理提供決策支持，為構建生態城市、智慧城市提供基礎。

關鍵詞：城市水文；城市防洪；水生態；長春市城市水文監測應用平臺

中圖分類號： 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160431077

1 長春市城市防洪和水生態現狀

在全球氣候變化影響下，長春市等許多北方城市近年來也不斷遭遇暴雨等極端天氣災害。2010年8月19日長春市城區2h降雨達到114mm，城區多處積水深達1m以上，城市交通幾乎全面癱瘓。頻發的暴雨及其帶來的嚴重內澇對城市發展、人民生活、社會秩序等方面都造成不同程度的破壞，引起了社會的廣泛關注。根據長春市政府公布的資料以及現場調查情況，長春市內澇積水點共計53處，其中嚴重積水位置20處，較嚴重積水位置19處，下臥式橋涵14座。

隨著城市化進程的加快，長春市水生態系統受到不同程度的破壞，作為長春市主要水系的伊通河污染嚴重，自由大橋以下河段的水質均超過V類標準。市區南湖水體有機污染較重，富營養化程度較高，水質類別屬IV類，個別項目超V類。城市生活污水處理能力不足。

2 平臺結構

長春市城市水文監測應用平臺包括信息采集系統、數據匯集及應用支撐平臺、綜合數據庫、業務應用系統、專題研究等幾部分組成，總體結構如圖1所示，現對各部分組成及相關軟件功能介紹如下。

2.1 信息采集系統

長春市城市水文監測應用平臺信息采集系統包括雨情信息采集系統、蒸發量信息采集系統、城市水文信息采集系統、城市排水信息采集系統、水生態信息采集系統和地下水信息采集系統。

2.1.1 雨情信息采集系統

本次項目建設的雨量站網將能控制城市暴雨的空間變化，滿足城市不同區域計算地面徑流量的需要。雨量站使用自動遙測雨量計，主要由翻斗雨量計和水文水資源測控終端機組成。根據城市水文的特點，本次項目將設立桿式雨量計。

根據城市類型和城市所處的地理位置布設降水量站，長春市屬于大型城市，按照8～10站/100 km2的密度目標，結合原有10處自動雨量監測站，規劃建設61處自動雨量站。

2.1.2 蒸發量信息采集系統

收集城市蒸發長系列資料，建設蒸發量信息采集系統。根據城市類型布設蒸發站，長春市屬于大型城市，新建2處蒸發站。

2.1.3 城市水文信息采集系統

在發生暴雨時，城市道路、洼地積水深度≥30cm的地方布設城市水文信息采集點。本次建設的城市水文信息采集站將采用雷達式水位儀，并配備視頻監控及LED誘導屏、觸摸一體機等。實現對城市積水信息的實時監測、預警、提醒。

根據長春市實地勘察調研，新建53處城市水文信息采集站，包括嚴重積水位置20處，較嚴重積水位置19處，下臥式橋涵14座。

2.1.4 城市排水信息采集系統

根據《城市水文監測與分析評價技術導則》進行站網布設。本次建設將采用全智能固定式雷達測量系統，通過非接觸雷達測流方式，實現無人值守站點的流量自動監測。

根據長春市實際情況，在長春市伊通河、新凱河、永春河、小河沿子河設立4個城市排水監測斷面，基本控制長春市城市排水信息。

2.1.5 水生態信息采集系統

根據城市經濟社會發展、水生態文明建設等需要，在城市主要供水、景觀、河道、湖泊以及周邊的濕地等布設城市水生態站。本次建設將采用浮子式水位計和多參數水質分析儀采集實時水位和水質信息。

根據長春市實際情況，在長春市主要景觀和濕地建設水生態監測站，包括石頭口門水庫、新立城水庫、凈月潭水庫、八一水庫、南湖、雁鳴湖、北湖濕地、友誼公園湖等8處水生態信息采集點。

2.1.6 地下水信息采集系統

本次項目建設的地下水站網布設將能滿足地下水動態監測與分析、地下水資源科學評價、合理開發利用、生態與地質環境保護的需要。

目前在長春市已經建設了43眼地下水監測井，本次項目擬建15眼地下水專用井，包括11眼深井，4眼淺井。

2.2 數據匯集及應用支撐平臺

2.2.1 數據匯集平臺

基于應用支撐平臺的運行環境開發一套統一的雨情、城市水文信息、蒸發量、城市排水信息、地下水、水生態信息匯集系統。通過組件配置方式靈活的完成業務數據類型的添加，全面完成雨情、城市水文信息、蒸發量、城市排水信息、地下水、水生態信息等實時信息的數據匯集。

2.2.2 應用支撐平臺

應用支撐平臺將采用分層設計方法，將應用支撐平臺劃分為系統資源服務、公共基礎服務和應用服務3個層次，主要實現數據轉換服務、統一用戶管理、基于消息服務的數據交換、數據庫維護管理、信息發布、圖表工具、門戶框架、GIS服務等功能。

2.3 綜合數據庫

本次建設重點為實時雨水情數據庫、蒸發量數據庫、城市水文數據庫、城市排水數據庫、水生態數據庫和地下水數據庫等。

數據庫設計內容包括：數據庫建設的范圍和內容，確定該類數據庫資料收集的范圍和要素內容，需要入庫級別；定義數據入庫、更新和維護機制。

2.4 業務應用系統

業務應用系統最終基于數據匯集平臺、數據庫及應用支撐平臺，形成城市防洪應用、生態水文應用、綜合信息服務系統及移動應用系統，業務應用系統功能結構如圖2所示。

2.4.1 城市防洪業務應用系統

城市防洪業務應用系統最終實現實時監視、洪水預報、會商支持等功能。

2.4.1.1 實時監視

在實時雨水情信息的基礎上，對其進行統計分析，更好的為決策者提供有效的支持。

2.4.1.2 洪水預報

構建適合于長春市的城市洪水預報模型，包括產流預報、匯流預報和城市洪水預報模型等，并能夠進行城市洪水預報。

2.4.1.3 會商支持

能夠自動準備各種會商資料、掛接各種業務文檔、進行災前預評估、對預案進行標繪，構建會商環境，為領導決策提供數據支持。

建設效果如圖3所示。

2.4.2 生態水文業務應用系統

生態水文業務應用系統最終實現實時監視、水質評價、水質預測預報、會商支持等功能。

2.4.2.1 實時監視

實現對人工、自動監測站點的水質監測數據的查詢、統計以及變化趨勢的分析，對水體水質類別進行評價、分析其營養狀態，并對水體的水華情況進行風險評估，供相關人員及時掌握本市水質狀況。

2.4.2.2 水質評價

水質分析評價系統主要是實現對采集的水質數據進行審核、評價和統計分析等業務工作。

2.4.2.3 水質預測預報

針對長春市實際情況，水生態主要為景觀水，構建針對藻類的預測預報模型，能夠對水華進行預報，為水生態恢復提供支持。

2.4.2.4 水質會商支持

通過會商支持系統能夠自動準備各種會商資料、掛接各種業務文檔、水質結果模擬、對預案進行標繪，構建會商環境，為領導決策提供數據支持。

2.4.3 綜合信息服務系統

綜合信息服務系統包括監視告警、城市水文產品發布服務、城市水文產品展示、綜合信息查詢等功能。

2.4.3.1 監視告警

基于GIS地圖進行實時雨水情監視，對超過告警閾值的信息在地圖上進行告警顯示，包括地圖閃爍、聲音告警、文字顏色變化等多種方式顯示。

2.4.3.2 城市水文產品發布服務

通過本系統的建設，為客戶提供標準化的水文信息服務產品，滿足用戶的業務需求。根據用戶的業務職責和實際工作需要，定制業務用戶和社會公眾經常用到的各種水文產品。

2.4.3.3 城市水文產品展示

能夠對制作好的水文產品通過列表、地圖、圖形等多種方式進行展示。

2.4.4.4 綜合信息查詢

綜合信息查詢包括普通檢索、全文檢索、全詞匹配、排序方式、排列方式、發布日期、返回記錄、常用搜索詞列表等多種查詢方式。

2.4.4 移動應用系統

通過移動應用系統，能夠推送告警信息、查詢雨情信息、積水信息、水生態信息、地下水信息、氣象信息、通知公告、測站信息等城市水文相關信息。通過系統能讓領導和廣大水文、防汛工作人員及社會公眾隨時隨地了解實時城市水文信息，為城市防洪、現場指揮等提供更有效、更專業的水文信息查詢服務。

3 結語

城市防洪是涉及國計民生的大事，本工程建成后，能及時全面地了解城市積水、城市排水、水生態等信息，能及時準確地作出暴雨、城市洪水預報，能夠提醒出行人員注意，從而減少因為城市積水產生的人員傷亡。

通過本項目的建設，能夠使城市水文工作從傳統工作方式向現代化邁進一大步，能夠促進水利信息化的發展，無論對社會效益還是經濟效益都將產生積極的影響。