浅谈城市排水防涝监控调度管理系统建设——以苏州市城市中心区为例

陆沈钧，戴晶晶，刘增贤

（太湖流域管理局水利发展研究中心，200434，上海）

随着经济社会的快速发展，我国城镇化率已从改革开放初期的19.7%提高到2013年的53.73%。在城镇化加速推进的过程中，土地利用方式发生了较大变化，城市的水文效应也越发显著，加之气候变化等多种因素的综合作用，导致短历时、高强度致灾暴雨频发，诸多大中城市洪涝灾害日益凸显。2012年7月、2013年10月、2014年5月北京、上海、深圳等大城市均多次上演“雨后看海”的悲剧，城市交通瘫痪，人民财产损失，甚至造成了人员伤亡，内涝已经成为阻碍城市安全运行的“城市病”，严重影响城市品牌和形象。

一、苏州市内涝灾害成因分析

经过多年的建设和管理，江苏省苏州市城市中心区排水防涝工程体系初步形成，近10年未发生过大面积内涝灾害，但遇短历时强降雨仍有多处积水内涝现象，其成因主要有以下5个方面。

1.城市暴雨及产汇流特性改变

受极端气候、城市雨岛效应等影响，城市短历时强降雨频发，相同重现期的雨量大大增加，同时城镇化快速发展过程中不透水面积比例增加导致下渗量减少，产流量增加，汇流时间缩短，汇流速度加快，洪峰增大，对城市排水防涝系统造成巨大的压力。

2.排水防涝体系尚不健全

传统城市排水重点关注汇流之后的排除过程，缺乏城市雨洪全过程管理，导致工程体系建设以排为主，目前苏州市城市中心区通过城市防洪控制性工程、雨水排水工程、内河水系、低洼小包围圈等初步构成了排水防涝工程体系，工程建设侧重雨水外排，缺乏对径流产生源头的控制、地面产生积水之后的处置措施。

3.现状排水系统设计标准偏低

经过多年的建设和完善，城市中心区基本实现雨污分流，市政道路雨水管道覆盖率达5.96km/km2。受当时设计标准的限制，市政雨水管道建设标准大部分按照老公式设计，标准为1年一遇，且普遍存在地块雨水管道设计标准低于市政道路管道的现象，影响整体排水能力；雨污合流的排水体制在部分老旧街巷仍存在，甚至极少部分地区没有雨水管道，这些都难以抵御超标暴雨，容易造成暴雨积水。

4.城市水系调蓄能力受到多种因素制约

苏州市河道密布，水面率较高，城市水系的调蓄能力是应对城市雨洪的关键之一。受地形影响，河道流速偏小，容易产生淤积，部分河道驳岸老旧，从而限制河道预降水位不可过低，局部低洼地的存在决定河道排涝控制水位不可过高，这些因素导致城市水系的调蓄能力难以得到充分发挥。

5.城市生产生活垃圾处置不当对排水设施养护造成压力

城市生产生活过程中，建筑施工垃圾等临时摆放位置不合理，强降雨来临后，时常堵塞雨水管网，对管网日常维护管理造成较大压力，影响正常能力的发挥，留下暴雨积水成灾的隐患。

综上可知，城市化快速发展进程中，一方面由于下垫面变化，导致产流量和洪峰量增加，汇流时间缩短，致灾因素增强；另一方面，排水系统的脆弱性增加，城市内涝承受能力不断降低。更为重要的是，在洪涝灾害预测预警、洪涝灾害防控技术、洪涝调度管理水平等方面，水利信息化技术手段薄弱，也是我国城市发生内涝灾害的重要原因。因此，急需在进一步增强全社会防灾减灾意识，普及推广全民防灾减灾知识和避灾自救技能的基础上，开发适合高强度、短历时城市暴雨特点和复杂下垫面条件下的排水防涝监控调度管理系统，科学应对洪涝灾害。

二、城市排水防涝监控调度管理系统

根据智慧苏州规划提出的“以智能化深化信息化”的要求，运用物联网、大数据、云计算、数学模型等技术，以完善信息采集网络、加强信息管理与共享、深化业务应用与集成、推广信息服务为重点，建立“科学规划、实时监测、精准治理、高效服务”的城市排水防涝信息化体系，全面提升苏州市排水防涝监测监控、信息资源管理、业务应用、预测分析、应急处置、风险管理以及社会服务的能力。建设任务包括实时监测与智能监控、预测预报与调度决策支持、预警与社会服务、业务管理与系统运行保障。

苏州市排水防涝信息化建设总体框架（见图1）主要由水务智能感知网、信息资源中心、业务运行平台、调度决策支持系统、信息服务和安全保障与标准规范等部分组成。智能感知网是信息化的基础，主要实现城区水雨情采集和排水工程设施监测监控。信息资源中心主要实现各类数据汇集、存储、管理、共享和交换。业务运行平台在信息资源中心的基础上提供综合信息服务、工程运行维护管理和信息展示等功能。调度决策支持系统在信息资源中心和模型库的基础上建立工程调度决策支持体系，利用数学模型进行内涝风险预测预报，为城市排水防涝工程调度提供科学依据。

1.智能感知网

智能感知网是以物联网技术为核心应用于城市排水防涝工程监测，通过各种传感设备进行信息交换和通信，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，实时感知城市排水防涝工程的各类要素状态，并将监测采集到的信息通过网络传输至排水管理部门。主要加强城市降雨监测、河湖水情监测、排水设施运行监测、积水区域积水监测、水闸运行监测等5个方面。

根据上述监测内容，结合苏州实际，布置了6类共计98个监测点，分别为2个雨情监测点（利用现状）、15个积水灾害监测点、6个管网运行监测点、23个立交雨水泵站监测点、10个水质监测点和42个泵闸运行监测点。

图1 城市排水防涝监控调度管理系统

2.信息资源中心

在已建各类数据库的基础上，建立信息资源中心，存储和管理实时监测、系统运行、工程调度、业务管理、共享信息等海量数据资源。信息资源中心由安全管理、服务管理、资源管理三大管理功能和服务门户构成。安全管理主要通过跟踪审计、身份认证和资源保护等技术实现信息安全保障；服务管理主要通过目录服务、内容管理、消息服务、流程管理等提供数据服务；资源管理主要由数据资源、工具资源、构件资源和计算资源等组成，其中数据资源按照基础数据、监测数据、业务数据、政务数据等4个分类进行建设；服务门户通过提供统一的信息服务门户，实现排水信息的共享发布与信息服务，为各级排水用户提供数据资源发布、查询、检索等功能。

3.业务运行平台

（1）监测监控

建立监控信息应用平台，集成气象、水利、水务、排水、市政、交通等监测监控信息，实现基于地理信息系统的天气、台风、降雨、河湖水情、管网监测、泵站运行、交通管理等信息的实时查看，通过远程控制功能实现对泵站、水闸的远程管控，根据警戒条件进行信息提示和科学合理的排水调度控制。

（2）运行管理

建立排水设施巡查、检测、评估规范和流程，及时发现和分析管网、泵站、水闸等设施的运行问题，科学指导设施维修、养护和改造。管理维护内容包括监测站点巡查维护、通信网络维护、数据存储与管理、基础设施维护、应用系统维护等。

（3）应用展示

建设应用信息展示平台，将感知网监测信息、预警信息与城市排水除涝工程措施等信息显示在基于地理信息的地图上，完成对业务信息的集中分析展示。

4.调度决策支持

（1）预测预报

建立较为精确的城市排水防涝综合数学模型，通过云计算快速模拟分析城市积水、河网水情，对城市内涝进行预测预报。

①数学模型建设

建立管网和河网耦合数学模型系统，模拟城市河网管网在暴雨条件下的水动力过程，利用实时模拟技术进行工程调度过程的仿真计算和调度预判，并利用仿真计算结果开展调度方案的评价，为各种可能的水雨情变化对汛情发展的影响进行预判提供可能。

②情境模拟与预警

根据预报的降雨情况，结合实时采集的数据和当前实际工况条件，模拟计算获得城市中心区河道水位、管网积水等信息，并根据事先设定的预警条件，开展水位与积涝预警。

（2）排水决策调度

利用城市排水防涝综合数学模型对现状管网能力、薄弱管线、可能积水点等进行分析，利用预报的降雨数据，对可能出现的积水位置进行预判，根据出现险情的等级、危险程度，对不同的调度方案进行情景模拟，选出较优方案，供决策者进行决策，在系统的支持下，按照调度方案进行高效率的人员、物资、设备等调度，科学处置内涝灾害。

（3）调度方案管理

①建立合理的调度方案、应急预案数据库及数字化调度指标体系。数字化内容包括动作启动的条件，河道水位、低洼地积水、下立交积水、流量、水质、降雨等指标体系，以及启动后应采取的措施等。

②建立调度指令执行情况预警监视体系与评价体系。根据调度指令、关键指标结合工程运行实况信息开展对比，实现对当前有效的调度指令执行情况的预警监视。同时数字化的调度方案还可与模型计算相结合，通过模型模拟计算分析，优化不同条件下工程调度指令，发挥工程效益。

（4）风险管理

建立城市暴雨内涝模型，结合社会经济数据，利用情景模拟，分析和识别城市内涝风险分布，根据城市内涝风险评估结果，指导排水系统、排水管网、泵站和管网的规划、管理和改造。

5.信息服务

运用电视、广播、短信、微信、微博、第三方地图服务等方式实现信息的发布与传播，通过监测网络、大数据分析、公众信息接报等方式及时发现积水情况，快速响应，精准处置，建立面向社会公众的互动式信息服务体系。

6.安全保障措施与标准规范

根据《中华人民共和国保守国家秘密法》、《计算机信息系统国际联网保密管理规定》和信息安全等级保护的有关规定和要求，根据苏州城市排水信息安全保障需求和信息安全技术发展趋势，从安全技术应用、信息安全管理、安全能力建设和标准规范建设4个方面，对物理、网络、主机、应用和数据等加强安全技术保障，确保信息化高效有序、安全可控。

①加强安全技术应用。针对云计算、移动互联网、物联网、大数据等新技术、新应用带来的安全风险，积极引入技术先进、安全可控的信息安全技术及产品，提升信息安全技术防护能力。

②加强信息安全管理。构建排水信息系统全生命周期的信息安全监管机制。加强实时监测预警与应急处置，落实信息系统安全测评，建立健全信息安全责任制体系，强化风险评估、等级保护、安全测评、应急管理等长效制度的落实。

③加强安全能力建设。完善网络与信息安全应急保障体系建设，定期开展应急演练，加强信息安全员的教育培训与知识更新。提升预防保障能力、监督检查能力、监测预警能力、应急响应能力和数据恢复能力。

④加强标准规范建设。研究形成适应信息技术发展趋势的标准规范体系，编制适合苏州市排水管理特点的总体标准、应用分类标准、数据采集与传输标准、网络与通信类标准、信息安全类技术与管理标准、数据目录标准等，并完善标准执行的相关规范。

三、结 语

城市内涝灾害已成为影响城市经济可持续发展、建设和谐社会的重要因素。城市排水防涝监控调度管理系统是城市内涝防治体系中的重要非工程措施之一。以苏州市城市中心区为例，加强城市排水防涝信息化建设，通过对智能感知网、信息资源中心、业务运行平台、调度决策支持、信息服务以及安全保障措施与标准规范方面进行初步研究，建立苏州市排水防涝监控调度管理系统。然而城市内涝灾害防治是一项复杂的系统工程，在此笔者对今后城市的建设和管理提出如下建议，以供参考。

1.健全体制机制

出台地方性防洪排涝配套法规，明确排水防涝的责任主体与行为规范，保障城市公共安全有法可依；制定符合城市特征的低影响开发建设管理条例，控制开发强度，合理安排布局，有效控制雨水径流，最大限度减少对城市水生态环境的破坏；制定和完善强制性城市排水标准，适应城市化进程加快对工程建设的需求；提出城市建设蓝线、水面率、综合径流系数、下凹式绿地比例、可渗透面积比例等指标，作为强制性标准纳入城市现代化建设考核体系。

2.强化统筹管理

我国城市洪涝治理涉及水利、市政、规划、交通、国土等诸多方面，各行政部门长期以来都采取分割式设计与管理，但是管网与河道排水两者是统一的整体，需要合理衔接，统筹管理。因此，科学应对和治理城市内涝，要坚持统一规划、整体设计，推进城市排水防涝的一体化管理。

3.完善应急预案

建议按照防御准备、应急响应、后期处理3个环节制定 “苏州市排水防涝应急预案”，并与苏州市现有的相关预案做好衔接。明确预警分级标准及预警等级、内涵及相应的处置程序和措施；针对不同预警等级，结合实际现状特点，建立不同等级、不同区域、不同部门的应急系统；建立覆盖超标降雨在内的各等级降雨所导致内涝灾害的风险管控机制；建立与预警等级联动的人员疏散、交通组织等预案制度，健全应急处置的技防、物防和人防措施，加强预案的动态管理。

[1]张建云.城市洪涝应急管理系统关键技术研究[J].中国市政工程，2013（增刊总第168期）.