城鎮排水系統在線監測整體方案建設

魏 琳 ,金霏霏

(長春市規劃編制研究中心(長春市城鄉規劃設計研究院)，長春 136000)

引 言

排水管網在線監測是體現城市管理智能化水平的重要標志之一，是排水事業發展、行業管理與服務的重要支撐和保障，也是支撐民生的重要技術手段。城市排水系統是一個結構復雜、規模龐大、隨機性強的巨型網絡，尤其對于市政設施建設頻繁的大中城市來說，排水系統管網的總體規模和復雜程度是難以想象的。隨著城鎮化的快速發展，城市邊界不斷拓展延伸，市政排水設施成倍增長，給城市管理工作和市政排水行業帶來了巨大機遇與挑戰。為了能夠全面實時的掌握城市排水系統中排水管網的布局與各泵站、調蓄池、排澇站、污水處理廠的運行情況，合理的管理和調度各設施的相關設備，縮短設施故障響應時間，降低排水設施的故障率，提高泵站、調蓄池、排澇站、污水處理廠的管理水平，增強整個城市排水系統的自動化程度，采用現代化的城市“智慧”排水系統勢在必行。

1 城鎮排水在線監測研究進展

以物聯網、云計算等為代表新一代信息技術的技術正以前所未有的速度發展，使“智慧”排水建設在技術層面的到更為廣泛的支撐，特別是在排水信息監測、數據傳輸、智能應用等方面。利用物聯網強大的數據獲取能力，將使自動監測數據更加全面，數據時效性更強，為“智慧”排水上層應用提供更為優質的數據支撐。物聯網能夠有效實現傳感器網絡與移動通信技術，互聯網技術的融合，從而允許水務部門基于無線傳輸技術來建設大量的末端采集網絡，為在城鎮線監測系統建設提供了基礎的網絡支撐。

1.1 臺州在線監測系統

臺州市在線監測系統區域全覆蓋9縣市區130鄉鎮5 000村落，流域性全覆蓋2 600個網格，監測項目全覆蓋共設村口雨晴，河道水情，低洼地水情，山塘水庫雨水情，土壤墑情，風力風向，環境要素(氣壓、光照、溫度、濕度、噪聲)，水分蒸發，海浪，波壓力，潮位，流速流量，智能水表，移動水下環境監測，飲用水監測，水產養殖場，水質監測，閘門自動控制，高清視頻監控，大壩位移沉降，水利工程巡查定位共21類[1]。

1.2 溫州在線監測系統

溫州市在線監測系統監測3 199km排水管網，193處檢查井水位，10處下穿道路積水監測點和65座泵站視頻監控，23處氣象監測點每5min實時雨量和39個重要點位未來1h、3h雨量預報數據。

本文將提出在線監測系統建設框架和整體監測方案，有利于系統性的指導“十三五”期間排水管理工作，城鎮排水在線監測系統的建設為之后建立排水系統信息化管理平臺即“智慧”排水提供數據支撐[2]。

2 城鎮排水系統框架

城鎮排水系統框架系統包括四大模塊，分別為感知模塊、儲存模塊、分析模塊和管理模塊，它是通過數據采集儀、無線網絡、流量計、水位計等在線監測建設實時感知城市排水系統的運行狀態，并采用可視化的方式有機整合水務管理部門與排水設施，形成“城市排水物聯網”，可將海量排水系統信息進行及時分析與處理，做出相應的處理結果輔助決策建議，以更加精細和動態的方式管理排水系統的整個運行、管理和服務流程，從而達到“智慧”的狀態。“智慧”排水系統總體框架如圖1所示。

圖1 “智慧”排水系統總體框架Fig.1 Overrall framework of the smart drainage system

3 排水管網在線監測整體方案

城鎮排水在線監測系統框架主要包括氣象數據在線監測、水文數據在線監測、內澇風險類在線監測、設施運行數據在線監測、水環境監測、海綿監測和重點排水戶監測。城鎮排水在線監測系統框架如圖2所示，在線監測布置方案見下表。

圖2 整體監測方案框架圖Fig.2 Overrall monitoring plan framework

表 城鎮排水管網在線監測布置方案Tab. Urban drainage pipe network online monitoring arrangement

續表

城市排水系統在線監測點建設成后，我們可以較準確的反應城鎮地下排水管網真實現狀數據，使得所做規劃設計方案不偏離實際情況；能夠獲得長期穩定運行排水系統在線監測數據；可以動態反饋排水設施現狀運行狀況；提前預警城市內澇、污水溢流等應急事故[3]。城鎮各個污水處理廠、泵站、調蓄池、管網聯合調度，形成“排水在線監測一張網”的思路[4]；通過收集排水系統長期在線監測數據，定量化評估城鎮海綿城市、黑臭水體等相關工程的實施效果，提高城鎮管網的動態管理能力；為之后建立排水系統信息化管控平臺即“智慧”排水提供數據支撐。

4 排水管網在線監測數據的應用

4.1 利用在線監測數據信息可以實現管道全生命周期管理，真正實現智慧水務“智慧”[5]+ “應用”的目的，建立的管道數據庫，可以為決策者提供更為精準的判斷數據，延長管道生命周期，從管道養護和維修工作中累計的資料和經驗“反哺”管道規劃、設計和建設。

4.2 利用在線監測數據可以實現為科學聯合調度提供數據支撐，基于統一的云計算平臺，綜合調度網絡和大數據中心，主要圍繞城鎮的防汛、水資源、水環境、水生態管理、排水工程等核心業務，建立業務管理體系，生產運營體系、管理決策體系和公共服務體系等應用。將工程考核(支流進入主流的考核)、斷面考核和行政考核相結合，數值模擬和專家團隊相結合。水質與水量需要同步監測，氣象監測與水文監測相結合，水環境質量管理和生產運營管理相結合，排水管網在線監測與內澇治理監測相結合，預警與預測相結合。實現對泵站、污水處理廠、排水口、易澇點、管網、井蓋等排水基礎設施基本信息管理，實時監測河道水位、斷面水質、氣象雨情等水情雨情信息，掌握水系調度預泄情況；實時監測泵站和污水處理廠的液位、流量、水質、管道淤積程度、排污口出水情況，低洼積水等運行信息，為污水運行調度，積水點改造、管道健康狀況評估提供依據，真正形成“網站廠”一體化科學聯合調度控制[6]。

4.3 在線監測系統與防汛應急調度相結合，提升防汛保障功能，提高應急管理水平。建立的城鎮排水在線監測系統可以與構建智能化防汛應急調度體系相結合，采用物聯網等技術加強現場情況監測，通過合理的監測點位和監測設備布控雨情、積水、河道水情、道路交通、泵站工況、現場搶險等現場實時感知能力，為防汛指揮提供更可靠的監測預警和決策依據。