昨晚，北京市民再次慘遭暴雨襲擊，城市內(nèi)澇問題再次為城市管理者敲響警鐘!

　　如何解決城市內(nèi)澇?在規(guī)劃等等之外，技術(shù)方面，城市排水系統(tǒng)究竟該如何建設(shè)?北京清華城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院環(huán)境技術(shù)所所長(zhǎng)趙冬泉，在不久前中國(guó)水網(wǎng)主辦的技術(shù)論壇上發(fā)言認(rèn)為，采取數(shù)字排水(DigitalWater)技術(shù)是城市排水發(fā)展的必然選擇，將有效破解當(dāng)前的城市排水難題。

　　6大問題困擾排水系統(tǒng)管理

　　城市排水管網(wǎng)是城市水污染防治和城市排漬防澇的骨干工程,擔(dān)負(fù)著收集城市生活和工業(yè)生產(chǎn)等污水、及時(shí)排除城區(qū)雨水和流經(jīng)市區(qū)的雨水的任務(wù),是保證城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要生命線。

　　伴隨著我國(guó)城市化的進(jìn)程,城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)速度快、規(guī)模大、更新快,排水管網(wǎng)管理的難度越來越大,長(zhǎng)期以來排水系統(tǒng)管理中存在的問題日益顯現(xiàn),主要包括以下幾方面：

　　①理法規(guī)和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善，缺乏完善可靠的排水管網(wǎng)數(shù)字化管理技術(shù)規(guī)范,各個(gè)城市排水管網(wǎng)數(shù)字化管理水平和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異較大;

　　②大部分城市排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)資料管理方式分散不系統(tǒng),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式多樣,部分城市“重建設(shè)輕管理”,造成排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)不完整、不準(zhǔn)確,對(duì)排水管網(wǎng)資產(chǎn)狀況掌握不全面;

　　③分散不系統(tǒng)的管理模式和低效的查詢分析方法難以體現(xiàn)復(fù)雜排水管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征和上下游關(guān)系,使得分析決策水平還停留在主觀判斷和簡(jiǎn)單推理的層次;

　　④排水管網(wǎng)的水力分析、調(diào)度分析、布局優(yōu)化分析和應(yīng)急事故分析缺乏科學(xué)依據(jù),流域級(jí)別的綜合管理模式無法實(shí)現(xiàn),在應(yīng)對(duì)防汛搶險(xiǎn)等危機(jī)事件過程中現(xiàn)有管理調(diào)度手段蒼白無力;

　　⑤缺乏全面完整、科學(xué)有效的管道養(yǎng)護(hù)篩選數(shù)據(jù)庫(kù),難以制定高效的管道養(yǎng)護(hù)計(jì)劃,排水管網(wǎng)及排水設(shè)施的管理養(yǎng)護(hù)隨意性大,養(yǎng)護(hù)效果也難以評(píng)估;

　　⑥缺乏有效的管網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估和運(yùn)行監(jiān)測(cè)手段,不能及時(shí)掌握管網(wǎng)排水負(fù)荷和運(yùn)行狀況的變化,基于實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)的全管網(wǎng)系統(tǒng)分析和動(dòng)態(tài)模擬分析鮮有應(yīng)用案例。

　　數(shù)字排水(DigitalWater)技術(shù)是發(fā)展必然

　　基于目前現(xiàn)狀，趙冬泉認(rèn)為，只有采取信息化的管理手段對(duì)城市雨水管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、利用專業(yè)模型對(duì)雨水管網(wǎng)溢流狀況進(jìn)行分析診斷,才能提高城市雨水管網(wǎng)的管理和應(yīng)急水平。

　　趙冬泉介紹，數(shù)字排水(DigitalWater)技術(shù)是新一代的城市排水管網(wǎng)管理工具,基于國(guó)內(nèi)排水管網(wǎng)管理的數(shù)字化需求,利用先進(jìn)的排水模擬計(jì)算引擎、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)和GIS技術(shù)的集成開發(fā),為排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高效管理、排水系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)空間分析、排水管網(wǎng)的應(yīng)用數(shù)字排水(DigitalWater) 平臺(tái)。

　　他介紹，數(shù)字排水(DigitalWater)平臺(tái)(以后簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”)采取統(tǒng)一的排水管網(wǎng)綜合管理數(shù)據(jù)庫(kù)體系對(duì)大量雨水管網(wǎng)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理維護(hù),并利用先進(jìn)的排水管網(wǎng)模型對(duì)城市雨水排除系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算,具有多界面的模擬結(jié)果動(dòng)態(tài)展示和自動(dòng)生成報(bào)表的功能。

　　為了便于用戶更方便、快捷的對(duì)雨水管網(wǎng)溢流進(jìn)行管理,在平臺(tái)中對(duì)各種專業(yè)功能進(jìn)行了集成開發(fā),構(gòu)建了可流程化操作的雨水管網(wǎng)溢流管理應(yīng)用模塊,從而輔助管理者對(duì)暴雨發(fā)生時(shí)城市雨水排除系統(tǒng)的溢流情況進(jìn)行快速的分析和處理,為制定城市暴雨應(yīng)急管理預(yù)案和應(yīng)急事故快速搶險(xiǎn)提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

　　平臺(tái)可有效提高建模效率和模擬結(jié)果分析效果

　　由于城市排水系統(tǒng)的復(fù)雜性,簡(jiǎn)單的模型無法對(duì)檢查井的溢流做出可靠的動(dòng)態(tài)模擬分析。要完整地模擬降雨—徑流過程和雨水收集過程,需要知道雨水在管道、明渠、自然排水溝等排水管渠中的水力規(guī)律變化,計(jì)算回水影響、逆流等復(fù)雜排水情況,從而計(jì)算降雨過程中排水管網(wǎng)的排水負(fù)荷壓力,統(tǒng)計(jì)檢查井的溢流量和溢流持續(xù)時(shí)間。城市雨水排除系統(tǒng)涉及大量的管線、檢查井、泵站、雨水口、排水接口區(qū)域和背景圖等空間信息,由于城市地表特征和排水管網(wǎng)的復(fù)雜性,單純利用數(shù)學(xué)模型,將使模型構(gòu)建成為一項(xiàng)繁重而復(fù)雜的工作。數(shù)字排(DigitalWater)平臺(tái)將GIS技術(shù)和排水管網(wǎng)計(jì)算模型緊密集成,提供排水管網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系維護(hù)、匯水區(qū)的自動(dòng)劃分、模型參數(shù)的自動(dòng)提取、模擬結(jié)果動(dòng)態(tài)表達(dá)等功能,大大提高了建模效率和模擬結(jié)果分析效果。

　　降雨情景模擬分析可對(duì)管網(wǎng)排水能力進(jìn)行更全面評(píng)估

　　由于城市降雨強(qiáng)度具有時(shí)間和空間分布的不均勻性,降雨量對(duì)城市雨水排除系統(tǒng)的排水規(guī)律變化有很大的影響,不同雨型的相同降雨量的降雨過程對(duì)排水系統(tǒng)的影響也有所不同,所以采用不同的降雨情景進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬對(duì)于城市雨水排除系統(tǒng)的全面評(píng)估具有重要的意義。

　　城市排水工程設(shè)計(jì)中通常利用暴雨強(qiáng)度公式推求典型降雨過程,而這種方法計(jì)算復(fù)雜,耗時(shí)耗力。為了快捷的生成不同的降雨情景,該模塊中設(shè)計(jì)開發(fā)了降雨過程生成器,可利用暴雨強(qiáng)度公式快速生成不同雨型不同重現(xiàn)期的降雨。從而輔助分析人員分析不同重現(xiàn)期、不同降雨量、不同雨型的降雨情景中雨水管網(wǎng)的排水規(guī)律。

　　由國(guó)內(nèi)外的很多研究都證實(shí)，不同的降雨特征對(duì)城市雨水排除系統(tǒng)的沖擊不同。實(shí)際使用中用戶可根據(jù)區(qū)域防洪要求生成不同雨型、不同重現(xiàn)期、不同雨峰系數(shù)以及不同時(shí)間間隔的降雨,并導(dǎo)入系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析各種降雨情景下排水系統(tǒng)的負(fù)荷變化規(guī)律(如檢查井溢流點(diǎn)和溢流時(shí)間可能不同) ,對(duì)城市雨水管網(wǎng)的排水能力進(jìn)行更全面的評(píng)估。

　　新型模擬結(jié)果動(dòng)態(tài)顯示窗口可直觀顯示管道充滿和溢流情況

　　在模擬完成后,平臺(tái)提供了多界面多模式的模擬結(jié)果動(dòng)態(tài)顯示窗口,輔助分析人員從大量的模擬分析數(shù)據(jù)中直觀的了解整個(gè)管網(wǎng)的排水負(fù)荷空間分布和時(shí)間變化規(guī)律,有利于將存在問題的區(qū)域鎖定到比較小的范圍,并進(jìn)行詳細(xì)的分析和對(duì)策方案的研究。如通過線的粗細(xì)區(qū)分管道充滿度的變化,利用點(diǎn)的大小顯示溢流量的大小變化,利用曲線圖顯示選中節(jié)點(diǎn)的溢流量變化過程線,利用縱斷面顯示水深變化情況,利用三維視圖直觀顯示管道充滿和溢流情況。

　　DigitalWater平臺(tái)的綜合管理數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)考慮了降雨過程在線管道液位計(jì)和流量計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。利用管網(wǎng)在線數(shù)據(jù)采集設(shè)備,構(gòu)建適合當(dāng)?shù)貤l件的在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和傳輸體系,可以實(shí)時(shí)獲取管網(wǎng)的排水負(fù)荷和當(dāng)前運(yùn)行狀況,如:排水泵站開車情況、流量大小、積水深度等,并以專題地圖、監(jiān)測(cè)圖像及數(shù)據(jù)圖表等形式給予直觀顯示。

　　可利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)和防汛方案的制定,如:預(yù)測(cè)溢流發(fā)生時(shí)間、溢流量、排除積水所需時(shí)間、確定防汛應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別及泵站開車臺(tái)數(shù)等。利用模擬結(jié)果報(bào)表中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以快速篩選出符合特定條件的檢查井,如溢流時(shí)間大于1 h的檢查被認(rèn)為是嚴(yán)重溢流,會(huì)對(duì)城市環(huán)境造成嚴(yán)重影響,是短期內(nèi)雨水管網(wǎng)改造的重點(diǎn),而其他溢流檢查井可以視其溢流的嚴(yán)重程度分別放到管網(wǎng)的中期改造和長(zhǎng)期維護(hù)規(guī)劃中。此外,可根據(jù)報(bào)表中的相關(guān)的統(tǒng)計(jì)列表,在降雨前有重點(diǎn)地做好防范設(shè)施以減少檢查井溢流對(duì)城市帶來的威脅。

　　數(shù)字排水(DigitalWater)平臺(tái)可以為區(qū)域、排水流域或市域等各種不同級(jí)別的排水管網(wǎng)管理部門建立一個(gè)長(zhǎng)期有效、統(tǒng)一方便的綜合排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù),在“統(tǒng)一規(guī)劃,分步實(shí)施”的指導(dǎo)思想下,通過持續(xù)的專業(yè)模塊開發(fā)、管網(wǎng)數(shù)據(jù)維護(hù)和相應(yīng)硬件支撐平臺(tái)(計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、大屏幕展示平臺(tái)、管網(wǎng)液位與流量在線監(jiān)測(cè)體系等)的建設(shè),全面提升該地區(qū)的排水設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理水平、規(guī)劃決策水平和客戶服務(wù)水平,為保障排水設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供現(xiàn)代數(shù)字化管理手段。對(duì)提高城市雨水排除系統(tǒng)的應(yīng)急管理水平具有重要的意義。

編輯：谷林