信息化技術(shù)在城市內(nèi)澇治理過程中的研究與應(yīng)用

文｜江蘇省鹽南高新區(qū)規(guī)建服務(wù)中心 季輝 吳堅

0.引言

隨著城市化進程的不斷推進，城市區(qū)域在不斷擴大，對城市排水工程的要求越來越高。近年來，各地頻頻出現(xiàn)由暴雨造成的“城市看海”現(xiàn)象，嚴重影響了社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市形象，同時危害了老百姓的生命財產(chǎn)安全?！俺鞘锌春！爆F(xiàn)象的頻發(fā)出現(xiàn)，一方面是惡劣天氣頻發(fā)導致，另一方面是城市的基礎(chǔ)設(shè)施的排水能力無法應(yīng)對突如而來的暴雨，從而造成了城市內(nèi)澇。主要體現(xiàn)在以下三個方面：首先是實時監(jiān)測能力不足，對發(fā)生積水的情況、氣象變化信息以及管網(wǎng)（泵站或排澇河）運行狀況掌握不及時；其次是發(fā)送水情、警示的能力不足，一旦發(fā)生較嚴重的積水，不能及時發(fā)布預警信息，避免車淹人亡的悲??；三是應(yīng)急處置能力不足，防汛物資和搶險隊伍調(diào)配不合理，研判和決策靠經(jīng)驗決定。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、北斗導航、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)澇動態(tài)監(jiān)測、水雨情監(jiān)測、城市管網(wǎng)運行監(jiān)測、排水泵站和排澇河道水位監(jiān)測方面的應(yīng)用也越來越廣，提高監(jiān)測精度和自動化水平，能夠有效保障汛情監(jiān)測的時效性、準確性、全面性。本文將從不同業(yè)務(wù)場景下傳感器類型組合選擇、城市內(nèi)澇模型設(shè)計、防澇物資管理、搶險隊伍調(diào)度、搶險案例生成等幾個方面，全面闡述城市內(nèi)澇預警綜合管理平臺的構(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，進一步論證基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市內(nèi)澇預警綜合管理平臺的建設(shè)必要性。

1.城市內(nèi)澇動態(tài)監(jiān)測體系的建設(shè)

建立城市內(nèi)澇預警處置體系事前預警的難點之一是如何在城市內(nèi)澇形成前，對各類城市內(nèi)澇易發(fā)生點進行動態(tài)分析，快速找出即將形成的內(nèi)澇險情，提前做好準備。為實現(xiàn)城市內(nèi)澇的事前預警，須建立自動化遠程信息采集與信息監(jiān)測體系，按照監(jiān)測要求將城市防澇應(yīng)急指揮中需要掌握的信息準確、實時的進行采集；并且利用歷史數(shù)據(jù)信息、積水點實時監(jiān)測數(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)合天氣預報信息、氣象預警信息等，對各監(jiān)測點的內(nèi)澇風險分析，從而做到事前預警；在業(yè)務(wù)實踐過程中，針對不同業(yè)務(wù)場景，需要對傳感器類型、視頻采集方式、供電方式、網(wǎng)絡(luò)傳輸方式、數(shù)據(jù)采集頻率進行定制化設(shè)定，以滿足數(shù)據(jù)采集要求。當前主流水位監(jiān)測傳感器分為雷達液位儀、壓力液位儀、電子水尺、多普勒流量儀等幾類，視頻采集分為槍機攝像頭和球機攝像頭；供電方式分為常用電方式、路燈+鋰電池方式、太陽能+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?；?shù)據(jù)采集頻率分為固定頻率、可變頻率、手動召測等方式。

2.城市內(nèi)澇模型設(shè)計與預警系統(tǒng)的建設(shè)

城市內(nèi)澇模型的設(shè)計與構(gòu)建是建立在動態(tài)監(jiān)測體系基礎(chǔ)上，通過不同內(nèi)澇情景下的成因分析，將與之關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施運行數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，通過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、積水時間以及成因等信息。本文將以城市下穿橋積水預警模型為例，闡述模型設(shè)計與構(gòu)建過程，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、短時性、隱蔽性和不確定性等特點，無法直觀確切的了解汛情形成情況。通過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、住宅小區(qū)積水點、城市下穿橋積水點、重點市政設(shè)施積水點不同場景下的特點，設(shè)計構(gòu)建多種積水預警模型，對城市內(nèi)澇成因進行多要素疊加分析。經(jīng)業(yè)務(wù)實踐證明，除短時降雨產(chǎn)生大量匯流外，管線排水不暢，河道水位快速增長，泵站排放壓力過大、雨水篦子排解能力減弱均和內(nèi)澇形成有直接關(guān)系，通過模型計算，可對每類內(nèi)澇積水點進行規(guī)律識別，從而為后期的市政基礎(chǔ)設(shè)施改造或內(nèi)澇形成前的預警識別提供技術(shù)支撐。

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

根據(jù)城市內(nèi)澇的成因和特點，最大程度降低內(nèi)澇造成的損失，一方面是對城市基礎(chǔ)設(shè)施進行改造升級，另一方面是建立城市內(nèi)澇監(jiān)測與調(diào)度管理體系，從“事前及時預警、事中快速處置、事后完整總結(jié)”全生命周期進行信息化技術(shù)應(yīng)用，本文依托3S 技術(shù)和北斗導航技術(shù)建立城市內(nèi)澇應(yīng)急事件處置調(diào)度系統(tǒng)，重點解決防澇物資、防澇調(diào)度無法精細化管理、搶險力量無法精確定位和指揮調(diào)度的問題。城市內(nèi)澇搶險處置涉及多個業(yè)務(wù)部門，防汛資源分布各自部門之內(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序的狀態(tài)，通過城市內(nèi)澇應(yīng)急事件處置調(diào)度系統(tǒng)整合防汛部門的各類資源，實現(xiàn)信息共享、動態(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。通過北斗導航系統(tǒng)，定位跟蹤防汛搶險人員、物資、車輛，監(jiān)控汛情現(xiàn)場情況，完成指揮中心與現(xiàn)場之間的實時交互，實現(xiàn)遠程監(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、應(yīng)急響應(yīng)更加迅速。通過城市內(nèi)澇應(yīng)急事件處置調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)各個部門統(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，完成汛情會商信息的集中決策與處理，形成統(tǒng)一的應(yīng)急聯(lián)動方案，提高應(yīng)急管理能力。如圖3 所示，將防汛物資、防汛隊伍、車輛信息與城市內(nèi)澇點進行管理，當內(nèi)澇產(chǎn)生后，可以快速進行防汛資源調(diào)撥，從而有效提高搶險處置效率。

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)澇搶險案例歸集系統(tǒng)的建設(shè)

當搶險工作結(jié)束后，系統(tǒng)自動將搶險救援過程的相關(guān)數(shù)據(jù)（降雨前、搶險中、搶險后的積水變化、積水持續(xù)時間以及搶險救援全過程信息）進行記錄，并納入數(shù)據(jù)匯總管理，為下一步防汛工作完善預案的同時，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)不夠準確，監(jiān)測、預警應(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)難度大等問題，已不能滿足日益提高的防澇安全保障需求，防澇減災將更加依賴于科技進步，增強城市的暴雨內(nèi)澇應(yīng)急處置能力。通過建立監(jiān)測、預警、處置、調(diào)度一體化的管控系統(tǒng)，實現(xiàn)防汛監(jiān)測預警智能化、資源管理統(tǒng)一化、應(yīng)急響應(yīng)協(xié)同化，做到“事前預警”“事中處置”“事后總結(jié)”，有效提高城市災害防治的及時性、主動性、科學性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）實現(xiàn)汛情變化的及時、全面掌握

建設(shè)全區(qū)范圍內(nèi)針對城市易積水點、排水管網(wǎng)的運行狀態(tài)在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)城市內(nèi)澇風險及時感知，做到早發(fā)現(xiàn)、早預警、早處置。

（2）實現(xiàn)防汛物資的及時、全面掌握

建立全區(qū)范圍內(nèi)“區(qū)級-街道-社區(qū)-養(yǎng)護單位”四級防汛物資管理體系，實現(xiàn)防汛物資的數(shù)字化管理，做好澇前知數(shù)據(jù)、澇中準調(diào)度、澇后全回庫。

（3）實現(xiàn)防澇應(yīng)急處置的多部門協(xié)同參與

建立健全城市道路積水數(shù)字化預警機制，建立搶險處置數(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)，實現(xiàn)汛情的快速處置與多部門聯(lián)動。

（4）實現(xiàn)汛情處置過程的全程記錄，積累案例

記錄汛情應(yīng)急響應(yīng)的整個過程，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)驗參考。