武漢市智慧水務的探索與應用

文|劉敏 金衛華 楊劍鋒 聶彪 何蒙

武漢市位于長江中游、江漢平原東部，各類水資源豐沛，江河縱橫、湖港交織，水域面積約占全市總面積25%。武漢市多年平均降雨量超過1200 毫米，降雨集中在6月至8月，約占全年降雨量的40%，其中暴雨出現時間與長江、漢江汛期重疊，雨水主要依賴泵站抽排出江，外洪內澇疊加效應明顯，防洪排澇任務艱巨，城市內澇風險非常大，建成區范圍的暴雨內澇災害治理和處置尤為重要。

圖1 武漢市智慧水務總體架構

武漢市近年來大力推進內澇點的整治工作，其中信息化支撐是內澇治理重要的非工程措施之一，武漢市智慧水務在物聯感知監測、數據整合、模型構建、排澇業務應用等方面進行了探索建設，在內澇治理實踐中廣泛應用，助力武漢科學治水，支撐城市內澇治理水務業務管理初見成效。

建設目標及架構

武漢市智慧水務建設目標是通過云計算、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術與水務業務的深度融合，計劃到2025年基本形成系統科學的標準體系和統一運維體系，“全流域、全要素、全時段、全天候”的物聯感知網，構建功能完善的水務大數據平臺、應用支撐平臺和綜合決策指揮平臺，建成全面覆蓋水務業務場景的核心智慧應用系統，逐步實現“一網全感知、一圖知全局、一屏全指揮、一鍵輔決策、一證保安全”五項管控目標，推動武漢市水務管理規范化、精細化、智能化發展，使水務運營更高效，管理更科學，服務更優質。

武漢市智慧水務總體架構是圍繞水務業務領域，匯聚全市涉水業務數據，建設智慧水資源、智慧水安全、智慧水環境、智慧水生態、智慧水文化、智慧水政務6 大業務場景，水務大數據平臺、應用支撐能力平臺、綜合決策指揮平臺3 個平臺，ICT 基礎設施、監測基礎設施2 大基礎設施，以及標準規范體系、安全保障體系、統一運維體系3 個保障體系，形成“6+3+2+3”的總體框架。

主要建設內容

武漢市智慧水務主要建設任務包括標準規范體系、安全保障體系、統一運維體系、物聯感知系統、ICT 基礎設施、大數據平臺、應用支撐平臺、核心應用系統及綜合決策指揮平臺等內容。其中通過內澇監測感知點、排澇水業務場景等建設，在內澇治理等方面進行了積極有效的探索。

武漢市水務大數據中心通過頂層規劃與設計水務信息資源，建立水務數據資源目錄，匯集整合了全市涉水業務數據資源，構建標準統一的水務數據資源體系，制定智慧水務大數據平臺服務標準，搭建功能完善的水務大數據平臺，實現水務數據匯集、治理、計算、開發應用及交換共享的全過程規范化管理，為智慧水務應用提供全面數據支撐。

基于地理信息系統，底圖采用武漢市政務地圖，疊加多年遙感影像，開發完成了武漢水務一張圖。目前集成了60 多個水務空間數據圖層，全方位展示武漢市河流、166 個湖泊、262座水庫、堤防、雨污水管線、泵站、排水水系、污水系統及其他重要水務設施的空間分布及屬性信息。

武漢市智慧水務重點建設了多類物聯感知設備，充分利用物聯網、無人機及衛星遙感等多樣化技術手段，構建“天空地”多元立體的智能感知體系，補齊水情、水質、流量、工情監測及視頻監控短板，基本建成全面監測、重點管理的物聯感知體系。內澇治理方面，補充建設了200 余處內澇點水深監測、水閘開啟度監測、視頻監控及重點排口、河湖港渠流量監測等內容。

基于水文模型數值模擬的洪澇災害預警是城市內澇治理的重要手段，武漢市已搭建中心城區城市排水水力模型，選用了城市綜合流域排水模型軟件，融合持續更新的排水管線數據、港渠河湖實測水位、閘泵站工況數據、不透水區域調查、地形數據及人口等多類數據，經過模型建立、校核、計算分析等步驟，按不同暴雨量級生成淹沒水深圖和淹沒歷時圖。

緊密圍繞城市內澇治理業務需求，武漢市智慧水務專門開發了“排澇水”主題應用場景，將已有的排水管理系統進行全面迭代升級，并建設了綜合決策指揮平臺。結合排澇形勢相關的氣象雷達、物聯網感知、視頻監控、排澇設施工況、搶排人員及設備位置、社交媒體輿情等多維度實時監測大數據，運用實時水力模型分析、AI 等技術，初步具備了態勢感知、預測預警、水系調度、融合會商等功能，開發了移動版“武漢水務通”APP，全面輔助排澇調度決策及應急處置。形成了內澇事件實時在線監測、內澇點短信預警、AI 視頻內澇分析事件推送、水深變化預警、內澇處置成效等全流程精細化管理。

內澇治理應用成效

武漢市智慧水務目前正在推進項目一期實施，排澇水應用場景已初步搭建，在近年來多場次強降雨期間發揮見效，2021年共整治了40余處易積水點，以2022年7月19-20日強降雨為例，期間發送內澇預警信息4000 余條，收集積水輿情88 條，輔助了多個內澇點快速發現和處置，為科學調度、確保城市安全提供了有力支撐。

武漢市智慧水務平臺及移動端APP 提供排水管網巡線、事件上報、任務派單、維護回傳等業務流程化閉環管理功能，工作人員根據排水管網結構和功能隱患動態信息，編制工作計劃，及時組織開展管網檢修改造和疏浚維護，完善排水管網功能，改善排水能力。相關責任單位可通過智能表單填報最新排水設施的屬性及空間信息，通過水務大數據平臺綜合治理，保障排水設施基礎數據動態更新，推進排水設施逐步實現精細化和動態化管理。

結合最新排水設施及工程情況，依托排水水力模型計算分析，評估武漢市建成區高、中、低易積水風險點，結合歷史內澇點情況，每年汛期前更新編制全市內澇點風險圖并向社會公布，針對重點內澇防御區域，編制不同場景下應急調度方案。組織各區、各有關部門根據實際情況，制定內澇點“一點一策”應急預案，逐一落實人防、物防、技防措施。通過共享接入武漢市氣象臺發布的降雨預警信息，前端內澇監測設備自動預警并滾動推送內澇短信，使用移動端APP 水務通和短信同步推送給各級排澇責任人。

武漢市排澇調度根據階段不同，可分為汛前準備、雨中調度和雨后災情處置三個階段。汛前結合湖泊實時監測水位，按照調度預案，提前抽排降低水位，預留調蓄空間。雨前依據各類預警預測信息，管理人員結合實際情況提前發送人員到位、泵站開機、閘門開啟等調度指令，相關責任人接到信息指令后，立即組織人員設備提前駐守易積水點。降雨時管理人員查看全市實時降雨分布情況，及時掌握暴雨中心位置，調看共享的城市道路及周邊視頻，發現積水時立即發送事件到相關責任人進行處置，實時跟進內澇點處置和消退情況；以排水系統為單元，根據水系排水通道源頭到末端的湖泊、港渠、泵站前池水位情況，分析判斷排水堵點，及時采取措施，確保排水通道暢通；發現水位過高時，調動泵站加開機組，科學控制泵站前池、港渠和湖泊水位。

武漢市智慧水務平臺滾動推送降雨預警信息和降雨實況，結合內澇點實時水深及現場視頻監控，指揮中心查看現場搶排情況并遠程指揮調度，通過GPS 定位移動泵車，統籌調配周邊人員設備進行應急抽排，并第一時間向交管、城管等部門推送道路內澇信息，及時做好交通疏導及應急救援，通過微博、頭條號及時發布內澇及應急抽排有關情況，提醒市民合理出行。

超標降雨是指超出城市排水防澇標準的強降雨，超標降雨應急應對是城市內澇治理的重要管理體系內容。武漢市超標降雨條件設定為百年一遇，即1 小時降雨超過100 毫米或24 小時降雨超過300 毫米且降雨持續，基于已構建的排水水力模型，進行了超標降雨內澇分析，評估了各區域的淹沒高風險區及退水時長，發布了超標降雨城市內澇風險分布圖。由此制定了《武漢市超標降雨災害應急預案》，其中明確了武漢市城市內澇重點防護對象、應急職責分工、災害情景構建、預警及應急響應、災后處置等內容，全面指導超標降雨災害時的應對工作，嚴格落實超標降雨災害的主體責任，全力保障城市運行和人民群眾基本生活。