信息化技術(shù)在城市內(nèi)澇治理過(guò)程中的研究與應(yīng)用

文｜江蘇省鹽南高新區(qū)規(guī)建服務(wù)中心 季輝 吳堅(jiān)

0.引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市區(qū)域在不斷擴(kuò)大，對(duì)城市排水工程的要求越來(lái)越高。近年來(lái)，各地頻頻出現(xiàn)由暴雨造成的“城市看海”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市形象，同時(shí)危害了老百姓的生命財(cái)產(chǎn)安全。“城市看海”現(xiàn)象的頻發(fā)出現(xiàn)，一方面是惡劣天氣頻發(fā)導(dǎo)致，另一方面是城市的基礎(chǔ)設(shè)施的排水能力無(wú)法應(yīng)對(duì)突如而來(lái)的暴雨，從而造成了城市內(nèi)澇。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力不足，對(duì)發(fā)生積水的情況、氣象變化信息以及管網(wǎng)（泵站或排澇河）運(yùn)行狀況掌握不及時(shí)；其次是發(fā)送水情、警示的能力不足，一旦發(fā)生較嚴(yán)重的積水，不能及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，避免車(chē)淹人亡的悲劇；三是應(yīng)急處置能力不足，防汛物資和搶險(xiǎn)隊(duì)伍調(diào)配不合理，研判和決策靠經(jīng)驗(yàn)決定。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、北斗導(dǎo)航、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、4G/5G 通信等信息化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在城市內(nèi)澇動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水雨情監(jiān)測(cè)、城市管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、排水泵站和排澇河道水位監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣，提高監(jiān)測(cè)精度和自動(dòng)化水平，能夠有效保障汛情監(jiān)測(cè)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性、全面性。本文將從不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下傳感器類(lèi)型組合選擇、城市內(nèi)澇模型設(shè)計(jì)、防澇物資管理、搶險(xiǎn)隊(duì)伍調(diào)度、搶險(xiǎn)案例生成等幾個(gè)方面，全面闡述城市內(nèi)澇預(yù)警綜合管理平臺(tái)的構(gòu)建方式，分析信息化技術(shù)在城市內(nèi)澇治理中的應(yīng)用效果，進(jìn)一步論證基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市內(nèi)澇預(yù)警綜合管理平臺(tái)的建設(shè)必要性。

1.城市內(nèi)澇動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系的建設(shè)

建立城市內(nèi)澇預(yù)警處置體系事前預(yù)警的難點(diǎn)之一是如何在城市內(nèi)澇形成前，對(duì)各類(lèi)城市內(nèi)澇易發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，快速找出即將形成的內(nèi)澇險(xiǎn)情，提前做好準(zhǔn)備。為實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)澇的事前預(yù)警，須建立自動(dòng)化遠(yuǎn)程信息采集與信息監(jiān)測(cè)體系，按照監(jiān)測(cè)要求將城市防澇應(yīng)急指揮中需要掌握的信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的進(jìn)行采集；并且利用歷史數(shù)據(jù)信息、積水點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、排澇河道水位數(shù)據(jù)、雨水管道流速和液位數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣預(yù)報(bào)信息、氣象預(yù)警信息等，對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分析，從而做到事前預(yù)警；在業(yè)務(wù)實(shí)踐過(guò)程中，針對(duì)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景，需要對(duì)傳感器類(lèi)型、視頻采集方式、供電方式、網(wǎng)絡(luò)傳輸方式、數(shù)據(jù)采集頻率進(jìn)行定制化設(shè)定，以滿足數(shù)據(jù)采集要求。當(dāng)前主流水位監(jiān)測(cè)傳感器分為雷達(dá)液位儀、壓力液位儀、電子水尺、多普勒流量?jī)x等幾類(lèi)，視頻采集分為槍機(jī)攝像頭和球機(jī)攝像頭；供電方式分為常用電方式、路燈+鋰電池方式、太陽(yáng)能+蓄電池、鋰電池供電方式，數(shù)據(jù)傳輸主要分為4G/5G傳輸、光纖直連以及窄帶物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)确绞剑粩?shù)據(jù)采集頻率分為固定頻率、可變頻率、手動(dòng)召測(cè)等方式。

2.城市內(nèi)澇模型設(shè)計(jì)與預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)

城市內(nèi)澇模型的設(shè)計(jì)與構(gòu)建是建立在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系基礎(chǔ)上，通過(guò)不同內(nèi)澇情景下的成因分析，將與之關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，通過(guò)與地表三維模型耦合，得出內(nèi)澇積水的影響范圍、積水深度、積水時(shí)間以及成因等信息。本文將以城市下穿橋積水預(yù)警模型為例，闡述模型設(shè)計(jì)與構(gòu)建過(guò)程，如圖2 所示。

圖1 信息采集系統(tǒng)

圖2 城市下穿橋積水預(yù)警模型結(jié)構(gòu)圖

如圖1 所示，城市內(nèi)澇的形成與多要素有關(guān)，具有突發(fā)性、區(qū)域性、短時(shí)性、隱蔽性和不確定性等特點(diǎn)，無(wú)法直觀確切的了解汛情形成情況。通過(guò)水利模型軟件與三維GIS 模型軟件相結(jié)合，結(jié)合道路積水點(diǎn)、住宅小區(qū)積水點(diǎn)、城市下穿橋積水點(diǎn)、重點(diǎn)市政設(shè)施積水點(diǎn)不同場(chǎng)景下的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)構(gòu)建多種積水預(yù)警模型，對(duì)城市內(nèi)澇成因進(jìn)行多要素疊加分析。經(jīng)業(yè)務(wù)實(shí)踐證明，除短時(shí)降雨產(chǎn)生大量匯流外，管線排水不暢，河道水位快速增長(zhǎng)，泵站排放壓力過(guò)大、雨水篦子排解能力減弱均和內(nèi)澇形成有直接關(guān)系，通過(guò)模型計(jì)算，可對(duì)每類(lèi)內(nèi)澇積水點(diǎn)進(jìn)行規(guī)律識(shí)別，從而為后期的市政基礎(chǔ)設(shè)施改造或內(nèi)澇形成前的預(yù)警識(shí)別提供技術(shù)支撐。

3.城市內(nèi)澇搶險(xiǎn)處置調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)

根據(jù)城市內(nèi)澇的成因和特點(diǎn)，最大程度降低內(nèi)澇造成的損失，一方面是對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造升級(jí)，另一方面是建立城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)與調(diào)度管理體系，從“事前及時(shí)預(yù)警、事中快速處置、事后完整總結(jié)”全生命周期進(jìn)行信息化技術(shù)應(yīng)用，本文依托3S 技術(shù)和北斗導(dǎo)航技術(shù)建立城市內(nèi)澇應(yīng)急事件處置調(diào)度系統(tǒng)，重點(diǎn)解決防澇物資、防澇調(diào)度無(wú)法精細(xì)化管理、搶險(xiǎn)力量無(wú)法精確定位和指揮調(diào)度的問(wèn)題。城市內(nèi)澇搶險(xiǎn)處置涉及多個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)，防汛資源分布各自部門(mén)之內(nèi)，傳統(tǒng)管理模式下，應(yīng)急資源的管理工作一直處于分散無(wú)序的狀態(tài)，通過(guò)城市內(nèi)澇應(yīng)急事件處置調(diào)度系統(tǒng)整合防汛部門(mén)的各類(lèi)資源，實(shí)現(xiàn)信息共享、動(dòng)態(tài)分析、協(xié)同管理、統(tǒng)一調(diào)配，從而有效提高應(yīng)急保障能力。通過(guò)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，定位跟蹤防汛搶險(xiǎn)人員、物資、車(chē)輛，監(jiān)控汛情現(xiàn)場(chǎng)情況，完成指揮中心與現(xiàn)場(chǎng)之間的實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理和指揮，使資源協(xié)調(diào)更加高效、決策依據(jù)更加科學(xué)、應(yīng)急響應(yīng)更加迅速。通過(guò)城市內(nèi)澇應(yīng)急事件處置調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部門(mén)統(tǒng)一指揮、快速調(diào)度，建立交互式的應(yīng)急管理和協(xié)同指揮環(huán)境，完成汛情會(huì)商信息的集中決策與處理，形成統(tǒng)一的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)方案，提高應(yīng)急管理能力。如圖3 所示，將防汛物資、防汛隊(duì)伍、車(chē)輛信息與城市內(nèi)澇點(diǎn)進(jìn)行管理，當(dāng)內(nèi)澇產(chǎn)生后，可以快速進(jìn)行防汛資源調(diào)撥，從而有效提高搶險(xiǎn)處置效率。

圖3 城市內(nèi)澇應(yīng)急事件處置調(diào)度系統(tǒng)

4.城市內(nèi)澇搶險(xiǎn)案例歸集系統(tǒng)的建設(shè)

當(dāng)搶險(xiǎn)工作結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)將搶險(xiǎn)救援過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)（降雨前、搶險(xiǎn)中、搶險(xiǎn)后的積水變化、積水持續(xù)時(shí)間以及搶險(xiǎn)救援全過(guò)程信息）進(jìn)行記錄，并納入數(shù)據(jù)匯總管理，為下一步防汛工作完善預(yù)案的同時(shí)，為后期工程改造提供數(shù)據(jù)支撐。

5.小結(jié)

傳統(tǒng)模式下的城市內(nèi)澇治理方式存在信息傳遞慢，數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，監(jiān)測(cè)、預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)功能單一，防澇物資管理分散，指揮調(diào)度協(xié)調(diào)難度大等問(wèn)題，已不能滿足日益提高的防澇安全保障需求，防澇減災(zāi)將更加依賴于科技進(jìn)步，增強(qiáng)城市的暴雨內(nèi)澇應(yīng)急處置能力。通過(guò)建立監(jiān)測(cè)、預(yù)警、處置、調(diào)度一體化的管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)防汛監(jiān)測(cè)預(yù)警智能化、資源管理統(tǒng)一化、應(yīng)急響應(yīng)協(xié)同化，做到“事前預(yù)警”“事中處置”“事后總結(jié)”，有效提高城市災(zāi)害防治的及時(shí)性、主動(dòng)性、科學(xué)性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)現(xiàn)汛情變化的及時(shí)、全面掌握

建設(shè)全區(qū)范圍內(nèi)針對(duì)城市易積水點(diǎn)、排水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)感知，做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早處置。

（2）實(shí)現(xiàn)防汛物資的及時(shí)、全面掌握

建立全區(qū)范圍內(nèi)“區(qū)級(jí)-街道-社區(qū)-養(yǎng)護(hù)單位”四級(jí)防汛物資管理體系，實(shí)現(xiàn)防汛物資的數(shù)字化管理，做好澇前知數(shù)據(jù)、澇中準(zhǔn)調(diào)度、澇后全回庫(kù)。

（3）實(shí)現(xiàn)防澇應(yīng)急處置的多部門(mén)協(xié)同參與

建立健全城市道路積水?dāng)?shù)字化預(yù)警機(jī)制，建立搶險(xiǎn)處置數(shù)字化指揮調(diào)度系統(tǒng)，建立道路積水成因分析輔助系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汛情的快速處置與多部門(mén)聯(lián)動(dòng)。

（4）實(shí)現(xiàn)汛情處置過(guò)程的全程記錄，積累案例

記錄汛情應(yīng)急響應(yīng)的整個(gè)過(guò)程，分析內(nèi)澇形成原因，積累形成歷史案例，為以后處理應(yīng)急事務(wù)提供直接、形象的經(jīng)驗(yàn)參考。