中山市中心城區智慧排水平臺建設思考

毛月紅

（中山市市政排水事務中心,廣東 中山 528400）

1 引言

市政工程中排水系統的優劣對于交通有重要影響,對此學者們進行了大量的研究。趙孟哲[1]對區域市政排水系統的運作效果進行了研究,研究結果表明：市政排水系統的規劃對于設計排水系統有重要影響。宋培忠等[2]認為城市暴雨導致的內澇,是造成城市積水的重要原因,因此市政排水系統設計中應當重點關注暴雨量。邱曉瑩[3]認為市政排水系統的設置應當從路基、路面和綠化帶三個方面充分考慮,確保排水系統設計質量。石會霞[4]從多個方面分析了市政道路排水質量差的原因,對此提出了改善城市排水系統的方法。宮經成等[5]認為控源截污是水環境治理的核心,同時提出了排水單元管理技術,以此完善排水單元生活污水排水系統。

然而以上的研究沒有對智慧排水系統進行分析,對此本文結合廣東省中山市城區積水問題進行研究,并以此為基礎提出智慧排水系統。

2 工程概況

中山市位于廣東省中南部,地處珠江出海口。2018 年中山市總供水量為14.21億m3,較2017年減少了0.23億m3,其中地表水源供水量14.19億m3。其中蓄水工程供水量0.43億m3；引水工程供水量4.38億m3,占30.9%；提水工程供水量9.39億m3,占66.1%。

2018 年中山市總供水量為14.21億m3,較2017年減少了0.23億m3,其中地表水源供水量14.19億m3。其中蓄水工程供水量0.43億m3；引水工程供水量4.38億m3,占30.9%；提水工程供水量9.39億m3,占66.1%。中山市已建成污水處理廠22座,建成規模共136.5萬m3/d。由于中心城區地形呈中心高,周邊低,因排水不暢導致的積水問題較為突出。

3 排水系統現狀及存在的問題

3.1 雨水系統現狀主要存在問題

（1）市政雨水管道未覆蓋完全

隨著城市的發展,中心城區部分地區人口逐漸增加,建筑密度逐漸增大,但市政雨水管道建設未跟上城市發展的腳步,導致部分片區雨水管道缺失或管道雨污合流現象嚴重,極大程度地影響了片區排水及水環境質量。

（2）城市雨水管道設計標準偏低

中山市主要雨水管道大多建設年代較早,設計標準偏低。設計重現期普遍為1年,部分地區設計標準甚至達不到1年。遇到超出設計標準的大暴雨時,容易發生內澇。

（3）市政雨水排水設施不完善

除已建管道標準本身偏低外,管道私接亂接、管養不到位導致管道淤積堵塞、河涌水位頂托,外河倒灌、排水泵站和泵閘建設缺失、其他工程施工導致地面標高改變、城市不透水面積不斷增加、徑流系數增大等原因均也會導致城市內澇。

（4）部分雨水系統設施陳舊老化

中山市中心城區泵站雨水排水設施投入使用時間較長,部分設施使用時間長達20年,出現不同程度受損及故障。根據調查,中心城區部分排澇泵站已過大修年限,為保證中心城區防洪排澇設施運行正常,亟需對相關泵站進行大修；部分排澇泵站的水泵機組存在不同程度的老化問題,存在無備用泵、應急搶險設備缺乏等問題；部分閘門嚴重磨損、鑲銅存在不同程度變型損壞,且由于工況環境較差,已出現不同程度銹蝕,無法維修；部分閘門屬于單邊止水鑄鐵材質閘門,存在漏水現象等,對泵站日常維護及城市排澇工作已造成較大影響。可見,中心城區存在的雨水系統設施陳舊老化等問題,嚴重影響著排水設施運行效果,威脅著城市防洪排澇安全。

3.2 污水系統現狀及主要存在問題

（1）污水管與截污管互相串接

中心城區現狀是污水管與截污管道相互串接,進廠干管多沿河敷設,且按照截污標準設計,管徑遠大于常規污水管設計標準。旱天無雨水時,污水在大管徑截污管道中流速低于不淤流速,導致污染物沉積在截污管道中,影響污水進廠濃度,長期運行還會堵塞管道；雨天時大量雨水進入截污系統,將截污管道內沉積污染物沖刷出來溢流入河道,造成河道污染；雨天時雨水大量侵占污水管道空間,管道水位上升,還會引起上游污水系統的頂托和下游污水系統的倒灌冒溢。

（2）截污設施與河涌連通

中山市水系發達,屬于典型的地面標高低、河水水位高的地區,中心城區排水口采用拍門或截流堰等截污設施不能防溢流、防倒灌,存在與河涌水連通的現象,導致河水混入污水系統。

（3）雨污分流不徹底

中山市城區近年來經過雨污分流工程的實施,合流制管道數量已大大減少,但仍存在合流制覆蓋渠混流污水進入污水管網的情況。現狀運行的18座污水泵站中,有7座泵站中還建設了一個從覆蓋渠抽水排入污水系統的合流泵房,一定程度上影響了污水廠進水濃度。

（4）管網與城市發展進度不匹配

隨著中山市中心城區的發展,污水量的增加,污水管道已不滿足日益增長的污水水量的轉輸需求,需要結合地區發展情況,擴建排水管道。如珍家山DN2000進廠干管長期高水位運行,由于下游的頂托作用,上游污水無法進入污水管網,導致污水冒溢,污染嚴重。

（5）污水干管未完全拉通

現狀部分地區存在污水干管未完全拉通,污水無出路的問題,如南區美坪大街DN400污水主管未與下游寮云路DN600污水主管聯通,現狀臨時接入舊管網、出路不明,須盡快拉通污水干管,保證污水出路。

4 智慧排水平臺建設的必要性

目前,中心城區各類污水管道存在非設計初衷的互連互通情況,導致污水管網成為大混流系統,管網運行情況混亂。排水系統信息化現狀也存在一系列問題,一方面,在相當程度上制約了排水管理業務的發展、運行效能和管理水平；另一方面,成為了中山市治水工作信息化發展的瓶頸,影響中山市治水工作落實乃至中山市智慧城市發展的進程,必須充分認識、積極應對、妥善解決。

傳統的數據收集、分析、評估手段已經難以滿足當前污染防治攻堅戰,特別是城鎮污水處理提質增效的需求。與此同時,綜合利用多種信息技術的智慧排水系統,在近些年隨著信息技術的進步而得到了飛速的發展,其可為排水系統提供決策支持、提高管理水平、挖掘設施潛力,從而保證排水系統的良好運行。

為了解決中山市排水業務和管理上存在的一系列問題,更好的推動全市排水管理“一盤棋”,打破“市鎮兩級+廠網分割”短期管理污水處理設施的運營模式,推動“廠網一體化”改革,主動向科技、向信息化要管理效率,全面提升中山市排水綜合管理水平,全面提升管理的效率和問題處理的能力,做到排水管理與中山市城市發展相適應。在這種形勢下,加強排水智慧化建設帶動排水管理現代化、加快智慧排水系統建設,就顯得尤為重要。

5 智慧排水平臺工程方案設計

5.1 感知神經元方案設計

感知神經元是中山市智慧排水系統的基礎,建立健全物聯感知網絡,實現對各類排水設施,包括內澇預警點、雨污水管網、河涌排口、水閘等的水位、流量、水質、視頻等數據的在線監測。

對于市、區有關部門已建、在建和規劃建設的物聯感知設備,采取共享交換的方式獲取數據,不進行前端感知設備的重復建設。水位、流量、水質、視頻等數據采集的點位可根據點位采用傳感器和視頻采集共桿站的方式,一方面大幅降低建站成本,另外一方面可通過融合網關實現傳感器、視頻、廣播等設備的邊緣智能聯動。

5.2 感知神經元分級

感知神經元的建設分為三個等級,分別為L1級感知、L2級感知以及L3級感知,三級逐漸完善。

L1級感知是以滿足防汛保障需求為主的初級感知,主要包括內澇預警點、雨污水管網、河涌排口、排洪渠關鍵點等的液位計、AI攝像機、流量計等。L2級感知是在L1級感知的基礎上進一步滿足水質提升需求的中級感知,主要包括排洪渠關鍵點的水質監測儀表等。L3級感知是在L2級感知的基礎上,進一步滿足溯源監管需求的全要素感知,主要包括截污干管關鍵點的雨污混接檢測裝置等。

6 排水系統區域運營監控方案

6.1 建設目標

堅持以人為本,按照日常工作及防臺防汛并重、常態和非常態結合的要求,以業務為核心,以技術為手段,以管理為保障,依靠資源整合和應用創新,建設一套聯動的智慧管控、調度及指揮體系,其主要通過中山市中心城區排水系統區域運營監控中心為載體實現各類功能。

中心城區排水系統區域運營監控中心為中山市排水管控、調度及指揮體系夯實基礎,滿足中山排水系統日常工作、戰略會商應急處突、指揮調度、運維管理等需求,加快排水工作內容全面匯聚、快速展現、指令高效上傳下達,提供智能化、扁平化和一體化指揮作戰能力,打造一個全市排水管理單位橫向集中,縱向覆蓋相結合的高效指揮調度系統。

6.2 建設原則

中心城區排水系統區域運營監控中心的建設,結合云端一體的方法論,集成先進的應急聯動軟硬件系統、通訊系統,會商系統、顯示系統等,打造高融合、協同化、可視化的管控、調度及指揮中心。

（1）高融合

中心城區排水系統區域運營監控中心建設中,通過采用通信融合、業務融合、數據融合等技術,打破傳統“信息孤島”作戰模式,建設高融合的管控、調度及指揮系統,跨越傳統顯控系統指揮大廳、會商區、監控區及不同的業務部門之間不能實現信息相互共享、互聯互通的壁壘。

（2）協同化

通過建設視頻會商系統及融合通信系統,讓所有人員、地點所擁有各種不同類型終端通過視頻會議及通信通信技術,簡化溝通方式,提高溝通效率。不管針對組織部門或個人日常的工作,均可實現高效協同。

（3）可視化

中心城區排水系統區域運營監控中心,通過分布式顯控/坐席以及調度指揮可視化平臺的建設,將大屏顯示控制、分布坐席管理、日常運維、大屏指揮等重要工作進行實時的可視化操作,解決傳統顯控系統在進行視頻信號、指揮中心設備調度時,處于“盲操盲控”方式,實現對信號及現場設備進行有效的預覽監控。

7 結論

本文結合廣東省中山市中心城區路面積水問題進行了相關的調研和研究,研究結論如下：

（1）排水系統存在的主要問題為市政雨水管道未覆蓋完全、城市雨水管道設計標準偏低、市政雨水排水設施不完善和部分雨水系統設施陳舊老化。

（2）污水系統現狀主要存在問題為污水管與截污管互相串接、截污設施與河涌連通導致河水倒灌、雨污分流不徹底、管網與城市發展進度不匹配和污水干管未完全拉通。

（3）智慧排水平臺工程是解決當前排水問題的關鍵,此工程的建立主要與兩個方面相關,即感知神經元方案設計和感知神經元分級。

（4）排水系統區域運營監控方案是解決中心城區積水問題的重要一環,須打造高融合、協同化、可視化的管控、調度及指揮中心。