基于物聯網的重慶市智慧排水建設體系探討

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）

排水管網是城市基礎設施的重要組成部分，具有保證城市正常運行、保護環境和城市減災等功能[1]。重慶城市排水面臨適應經濟新常態以及氣候變化的挑戰，面對“生態文明建設”“海綿城市”等規劃推進力度增強、“云物移大智”技術應用日益廣泛、提高運營決策效率需求更加急迫的發展環境，需要利用智慧排水建設提升城市韌性，促進城市高質量發展，建設具有重慶地域特色的智慧城市。重慶市住建委于2020年3月印發的《關于統籌推進城市基礎設施物聯網建設的指導意見》明確，截至2025年，排水管網的發展重點為“物聯網+智慧排水”。為進一步建立獨具重慶特色的集約高效的智慧排水系統，基于物聯網的智慧排水系統搭建成為行業近期研究的熱點和重點。文章總結重慶市主城區排水現狀，分析排水系統建設需求，提出智慧排水系統建設重點，為其他區域的智慧排水系統建設提供參考。

1 重慶市主城區排水系統現狀

1.1 降雨時間、空間特征差異明顯

重慶屬于多雨地區，受地形條件和西南低渦影響，易發生短時強降水，具有雨峰靠前、雨型急促等特征，易發生內澇。重慶市超過80%的降雨集中在春夏兩季，夏季降水量最多，時空特征差異明顯[2]。重慶市降雨大致呈現從東北向西南逐漸遞減的趨勢，短時強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、地貌復雜

根據重慶市地理信息中心統計數據，分析主城區土地利用的坡度分布特征發現，高強度土地開發主要集中在平坦和緩坡區域，低強度土地開發主要集中在陡坡區域，建設用地主要集中于坡度0～6°的較平坦和緩坡區域[3]。重慶市地形地貌復雜、地勢較破碎且起伏大，道路重力流排水系統無法集中排放，導致主城區排水系統呈分散、割裂特征。

1.3 下墊面污染負荷較高

重慶地形具有起伏大、產流快、沖刷強的特點，暴雨徑流下，流域產匯流水文過程迅速發生、迅速消退的特征更加明顯，暴雨初期的下墊面沖刷效應更顯著。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污染負荷的比例比提高16%、22%[4]。

1.4 排水系統管理需優化

城市排水管道建設方面，主城建成區排水管道密度達13.94 km/km2、污水處理率達98.17%，處于全國較為領先水平[5]。管道運維管理方面，市級層面主城區域已建成重慶市排水防澇大數據中心，沙坪壩和兩江新區已建成智慧管理平臺，其他區域處于積極建設階段?，F狀建設條件下，可能存在發生城市排水不暢、雨污混流等問題。

（1）排水管網運維能力需提高。

目前，管網檢測、漏損修復、普查等工作難以滿足運維需求。缺乏預警機制，管理人員對潛在的管網問題難以提前發現和預警，難以實現管網的動態監測，無法預測并及時控制潛在風險。排水管網及附屬設施維護管理的質量標準、考核辦法和考核原則需要進一步完善。

（2）排水管網系統管理有待加強。

規劃建設、運維管理等方面，排水系統未充分考慮“一張網”的整體規劃與設計。市場機制運用不充分造成城市排水管網的建設和運管水平與城市高質量發展需求不匹配。

（3）排水感知體系亟須健全。

大部分排水管線暗敷于地下，可以通過排水管網數據庫掌握其結構狀況和功能狀況等靜態信息，但還無法直觀掌握其實時運行狀況，如運行水位、流量、水質指標等。

（4）平臺建設需實現“數字化”到“智慧化”。

智慧管網平臺數據標準不統一，數據分析和資源整合能力不足。無人值守泵站改造過程中，原有調度中心不滿足三級調度指揮要求。智慧管網平臺的數據分析和決策支持的能力有待提高。

2 重慶市智慧排水系統建設需求

智慧排水建設程度是評價城市管理信息化水平的重要標志，上海、廣州及深圳等城市均已建成排水信息管理系統。受特殊的自然條件影響，重慶市排水系統十分復雜，對智慧排水系統的建設需求更迫切。

2.1 系統構建背景分析

2012年至“十四五”期間，國務院、國家發改委、住房和城鄉建設部等部門陸續印發倡導智慧水務行業的發展策略，內容涉及智能供排水和污水處理系統等內容。重慶作為西部地區的核心城市，為了實現高質量發展、建設科學合理的重慶排水系統，出臺了推進智慧排水的文件。2021年3月，市住建委發布《2021年城鎮排水與污水處理工作要點》，強調加快“物聯網+智慧排水”系統建設，推進重慶市排水系統管理由經驗管理、人工管理向智慧化管理轉變。

2.2 支持重慶市排水行業高質量發展

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%，排水系統的發展逐漸由“量多”轉向“質高”。排水系統逐步實現可持續運營，以滿足生態文明建設需求，實現排水管網精細化管理，在“廠-網-體化”的基礎上，實現“源-網-廠-河”的系統化運作，為城市的健康發展提供保障。

2.3 服務型政府建設的重要內容

重慶市需要建成面向水務管理人員及公眾的統一服務體系，建設排水信息門戶網站、智慧排水綜合信息服務系統以及排水決策服務子系統，促成管理高效化、科學化、信息透明化。同時，需充分考慮智慧城市與其他水務信息化、政務信息化平臺的對接，實現城市智慧水務的綜合調度和統一指揮及信息共享。

3 重慶市智慧排水系統構建重點

3.1 完善排水系統監測網絡

監測網絡是智慧排水系統感知層的核心，能夠獲取城市排水系統中的信息，實現智慧排水的全面感知識別、信息獲取和采集，為智慧排水系統的運行維護、預警決策及規劃建設等提供數據支撐。

監測網絡系統總體設計需充分考慮重慶市山地城市排水系統特點，結合區域現狀情況設計[6-7]。重慶地形地貌復雜、地勢較為破碎且起伏大，重力流排水系統無法集中排放，排水系統割裂；地形起伏大導致排水管道敷設方式多種多樣，架空敷設方式較常見，部分地下管道埋深大，使提升泵站分布廣泛，地質條件多變導致“大挖大填”現象，排水管道在豎向易發生不均勻沉降；城市道路縱坡大，陡坎梯道多，排水管渠系統流速及上下游落差大，跌水、消能構筑物應用多，雨峰靠前、雨型急促，短時易形成暴雨或強降雨，使排水系統壓力大。

基于重慶城市排水系統的特點，智慧排水監測網絡布置、數據感知獲取與平原地區存在較大差異。重慶排水系統較為割裂，監測網絡呈現空間分散、種類繁多的特點，布點復雜；與埋地敷設相比，管道架空的檢修較為困難，存在管道不均勻沉降現象，嚴重時可能導致管道錯位、污水外漏現象，管道架空敷設、易發生不均勻沉降處需增加監測布點；跌水、消能檢查井在重慶應用廣泛，管道內水流沖擊大時，易形成沉積，跌水、消能構筑物處應增加監測布點；排水系統的隧道、涵洞多，管道低處易產生積水，隧道在暴雨季節易發生內澇，關鍵隧道、涵洞處應增加監測布點。

重慶主城區面積廣、子流域多、排水分區復雜、管理體制多元化，排水監測網絡布設宜采取“統籌規劃、分步實施，各區分工負責”的建設模式。完善主城區排水系統監測網絡，可以一定限度地解決主城區雨污混流、溢流污染等問題，是持續深化重慶市污水提質增效、廠網一體的重要途徑。

3.2 排水系統模型仿真

結合重慶市的地形特點、長江和嘉陵江防洪堤的總體布置，排水系統模型以主城區5個排水組團為邊界，可以劃分為72個子流域，流域總面積5 882.88 km2。各區的排水系統模型在遵循“共享與標準統一原則”的基礎上，各自建設，避免形成各區系統相互剝離、數據庫標準不統一的局面。

獲取各區的基礎監測數據，梳理確定各片區主要污染負荷類型及空間分布特征，構建流域內排水管網系統的拓撲結構以及污染源、排水系統（網-站-廠）與受納水系間的空間拓撲關系，從而確定主城區排水系統“產-匯-排”的路徑。同時，通過模擬運算對各種規劃條件、情景工況下不同方案的預期結果進行快速反映和評估，為制定切實可行的管理策略和發展規劃提供參考。

重慶主城區排水流域統計如表1所示。

表1 重慶主城區排水流域統計

4 結語

智慧排水是未來智慧城市建設的重點。通過構建智慧排水系統，實現城市排水“一張網”、運行維護高效化、預警決策智能化、規劃建設更優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、加強重大公共事件等外部沖擊韌性提供技術支撐。社會科技處于快速更新迭代階段，重慶市智慧排水系統的建設需在實踐中不斷深化、完善和成熟。