城市排水防汛預警決策支持系統運行性能評價

王 輝，張留瓅

（上海市城市排水有限公司 排水設計研究分公司，上海市 200090）

防洪排水

城市排水防汛預警決策支持系統運行性能評價

王 輝，張留瓅

（上海市城市排水有限公司 排水設計研究分公司，上海市 200090）

吸收引進先進國際先進的實時模型技術，集成排水管網仿真模擬和基于WEB的信息發布技術，利用scada系統遙測數據、管網水力模型和氣象信息，通過建立城市排水防汛預警預測支持系統，率先在示范區實現了對排水系統運行狀況的預報，對積水等事件的預測預警，以及對泵站調度的輔助決策支持，為建立適合上海本地特征的以信息和模型集成技術為基礎的智能調度決策系統奠定了基礎。

城市內澇；預警預報；在線排水模型

0 引言

近年來，高速發展的城市化進程引起城市水文特性的顯著變化，市區建筑日趨密集，混凝土路面面積急劇增加，雨水滲透能力減弱，雨水滯留與調蓄功能顯著下降；加之城市熱島效應又造成降雨頻率增加，降雨歷時延長，對于排澇標準普遍較低的城市排水系統來說，雨水更易積漫，排澇歷時增加。而城市經濟類型的多元化及資產的高度密集型特征使得城市的綜合承載能力脆弱。上海在排水信息系統建設上已經完成并積累了海量的歷史數據，包括排水設施的信息化管理、排水泵站運行調度管理系統、道路積水實時監測系統，在此基礎上，開發了城市排水防汛預警決策支持系統[1,2]（以下簡稱防汛實時預警系統）。

1 防汛實時預警系統簡介

防汛實時預警系統在快速、穩定、準確的水力模擬引擎的基礎上，引入實時模型，實時模型系統通過讀取SCADA系統采集的遙測數據，結合排水管網模型對管網運行狀態及路面積水事件進行預報預警，提供泵站實時調度策略，并將結果對相關群體進行發布，為排水決策提供輔助支持。系統架構見圖1。防汛實時預警系統日常執行在線旱天模式，后臺自動運行，每隔兩個小時運行一次并保存狀態，運行穩定性良好，能夠為雨天預警模式的切換提供熱啟動數據；降雨情況下，系統進入雨天預警模式后，能夠在各種強度降雨情況下每隔15 min輸出一次預報模擬結果，實時生成應對暴雨情況的調度方案運行穩定性較高。該系統可實現運行瀏覽、預報預警、輔助調度及網絡發布等功能，見表1。相系統運行3年來，經過反復的調整、優化運行，該系統對于強降雨天氣造成的城市內澇提供了重要的決策支持。下面將就長橋示范區防汛實時預警系統運行情況進行分析。

圖1 防汛實時預警系統架構

表1 重點區域實時預警系統基本功能

2 長橋示范區概況

長橋及相關系統采取分流制排水方式，位于徐匯、閔行交界地區，根據示范區地形信息資料，示范區內以居民區為主，共計約11.6 km2，主要涉及隴南、隴西、梅隴、長橋、康健和羅秀等6個排水系統，5個相關泵站。該區域四面均為河道水系，系統封閉性較好，受周邊排水系統影響較小。預警區域所處地理位置見圖2。

圖2 預警區域范圍圖

3 系統運行性能分析研究

該系統主要針對強降雨天氣造成的城市積水進行預警預報及輔助決策支持。為此，本文以長橋及周邊排水系統為為例，選擇強降雨及臺風等條件下，評估防汛預警系統運行性能。由于長橋周邊系統未安裝管網內的固定積水監測點，故對系統周邊重要的三座泵站的運行數據進行了分析。典型日降雨情況見表2。

表2 示范區典型日降雨情況表

（1）大雨

2014年9月22日屬于大雨降雨標準，至次日凌晨1時，降雨量累積46.6 mm，系統自動啟動降雨預警模式，隨后雨勢加強。長橋系統及周邊三座泵站實際運行情況及模擬預測情況見圖3。

圖3 2014年9月22日長橋、梅隴、及羅秀泵站模擬預測結果

圖3 顯示，降雨期間，防汛預警系統分別模擬預測了長橋、梅隴及羅秀三座泵站未來數小時內的運行水位，并根據運行水位提供了泵機開啟的推薦運行方案。將模型模擬運行水位與SCADA系統實際運行記錄進行比較，三座泵站模擬運行水位與實際水位波峰與波谷在出現的時間上有較高的一致性，且隨降雨歷時兩者具有基本相同的變化趨勢，表明防汛預警系統在降雨期間基本上反映了排水系統內水位的變化特性。但由于實際運行過程中，泵站的啟閉受系統間的聯合調度及預抽空等諸多主客觀因素影響，因此，實際運行水位較模擬水位偏低。同時，模型模擬了泵站內泵機應執行的最優調度方案，即未來數小時內該泵站應開啟的泵機臺數及持續的時間，以最大程度降低系統內降雨積水情況。模擬結果顯示，模擬調度方案與實際運行調度方案在最大開泵臺數、開啟時間、持續時間均具有較高的一致性。

（2）“海葵”臺風

“海葵”臺風期間，長橋示范區內當日降雨達大暴雨標準，全天總降雨量達到113.9 mm。三座泵站模擬與實際運行情況對比見表3。

表3 “海葵”期間泵站降雨預警結果統計

圖4 2012年8月8日長橋泵站模擬預測結果

由表2可以看出，“海葵”臺風期間，梅隴、羅秀兩座泵站實際運行水位峰值與模擬結果較為吻合，水位模擬誤差值在15%以下；而長橋泵站由于“海葵”來勢兇猛，泵站實際運行中采取了低水位運行模式，導致水位峰值誤差較大。同時，模擬與實際最大開泵臺數一致，且雨水泵開停時間與實際基本一致，誤差較小。降雨期間，三座泵站模擬運行水位與實際水位變化趨勢基本一致，水位峰值出現的時間基本一致，見圖4。

2012年至今，預警決策支持平臺主要經歷了兩次大規模臺風降雨考驗，其中2013年10月7日的“菲特”臺風持續時間較長，從影響上海到離境前后共計3 d，降雨強度也超過2012年8月8日的“海葵”臺風。預警決策支持平臺自2013年10月6日早上10：35進入雨天預警模式，至10月9日上午9：00轉入在線旱天模式，總計運行時間超過70 h，共計運算并輸出結果280次。臺風期間平臺運行穩定，梅隴泵站能夠持續穩定輸出預報模擬結果，且模擬結果與SCADA系統記錄吻合程度較高。

4 結論

（1）預警決策支持平臺的建立主要是為了應對強降雨天氣下的城市防汛安全問題，平臺運行期間了經歷了大雨、暴雨及“海葵”與“菲特”臺風等極端天氣的考驗，該平臺能夠較準確地反映管網及泵站的運行情況，較好地發揮了決策支持作用。

（2）建議根據排水系統管網布局，在關鍵管段安裝水位監測點，為模型的驗證提供更為詳實準確的依據。并對模型實際運行情況持續進行總結分析，為系統監測點的布局提供指導。

[1]祁繼英,白海梅.水力模型用于排水系統的設計優化[J].中國給水排水,2008,24(4)：36-39.

[2]譚瓊,張建頻,時珍寶.排水實時模型在上海防汛中的示范應用[J].中國市政工程,2013(10)：118-110.

TU992

A

1009-7716（2016）05-0120-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.033

2016-01-19

國家水體污染控制與治理科技重大專項

（2013ZX07304-003）。

王輝（1982-），女，河北石家莊人，工程師，從事市政排水與污泥處理處置研究工作。