城市排水防汛预警决策支持系统运行性能评价

王 辉，张留瓅

（上海市城市排水有限公司 排水设计研究分公司，上海市 200090）

防洪排水

城市排水防汛预警决策支持系统运行性能评价

王 辉，张留瓅

（上海市城市排水有限公司 排水设计研究分公司，上海市 200090）

吸收引进先进国际先进的实时模型技术，集成排水管网仿真模拟和基于WEB的信息发布技术，利用scada系统遥测数据、管网水力模型和气象信息，通过建立城市排水防汛预警预测支持系统，率先在示范区实现了对排水系统运行状况的预报，对积水等事件的预测预警，以及对泵站调度的辅助决策支持，为建立适合上海本地特征的以信息和模型集成技术为基础的智能调度决策系统奠定了基础。

城市内涝；预警预报；在线排水模型

0 引言

近年来，高速发展的城市化进程引起城市水文特性的显著变化，市区建筑日趋密集，混凝土路面面积急剧增加，雨水渗透能力减弱，雨水滞留与调蓄功能显著下降；加之城市热岛效应又造成降雨频率增加，降雨历时延长，对于排涝标准普遍较低的城市排水系统来说，雨水更易积漫，排涝历时增加。而城市经济类型的多元化及资产的高度密集型特征使得城市的综合承载能力脆弱。上海在排水信息系统建设上已经完成并积累了海量的历史数据，包括排水设施的信息化管理、排水泵站运行调度管理系统、道路积水实时监测系统，在此基础上，开发了城市排水防汛预警决策支持系统[1,2]（以下简称防汛实时预警系统）。

1 防汛实时预警系统简介

防汛实时预警系统在快速、稳定、准确的水力模拟引擎的基础上，引入实时模型，实时模型系统通过读取SCADA系统采集的遥测数据，结合排水管网模型对管网运行状态及路面积水事件进行预报预警，提供泵站实时调度策略，并将结果对相关群体进行发布，为排水决策提供辅助支持。系统架构见图1。防汛实时预警系统日常执行在线旱天模式，后台自动运行，每隔两个小时运行一次并保存状态，运行稳定性良好，能够为雨天预警模式的切换提供热启动数据；降雨情况下，系统进入雨天预警模式后，能够在各种强度降雨情况下每隔15 min输出一次预报模拟结果，实时生成应对暴雨情况的调度方案运行稳定性较高。该系统可实现运行浏览、预报预警、辅助调度及网络发布等功能，见表1。相系统运行3年来，经过反复的调整、优化运行，该系统对于强降雨天气造成的城市内涝提供了重要的决策支持。下面将就长桥示范区防汛实时预警系统运行情况进行分析。

图1 防汛实时预警系统架构

表1 重点区域实时预警系统基本功能

2 长桥示范区概况

长桥及相关系统采取分流制排水方式，位于徐汇、闵行交界地区，根据示范区地形信息资料，示范区内以居民区为主，共计约11.6 km2，主要涉及陇南、陇西、梅陇、长桥、康健和罗秀等6个排水系统，5个相关泵站。该区域四面均为河道水系，系统封闭性较好，受周边排水系统影响较小。预警区域所处地理位置见图2。

图2 预警区域范围图

3 系统运行性能分析研究

该系统主要针对强降雨天气造成的城市积水进行预警预报及辅助决策支持。为此，本文以长桥及周边排水系统为为例，选择强降雨及台风等条件下，评估防汛预警系统运行性能。由于长桥周边系统未安装管网内的固定积水监测点，故对系统周边重要的三座泵站的运行数据进行了分析。典型日降雨情况见表2。

表2 示范区典型日降雨情况表

（1）大雨

2014年9月22日属于大雨降雨标准，至次日凌晨1时，降雨量累积46.6 mm，系统自动启动降雨预警模式，随后雨势加强。长桥系统及周边三座泵站实际运行情况及模拟预测情况见图3。

图3 2014年9月22日长桥、梅陇、及罗秀泵站模拟预测结果

图3 显示，降雨期间，防汛预警系统分别模拟预测了长桥、梅陇及罗秀三座泵站未来数小时内的运行水位，并根据运行水位提供了泵机开启的推荐运行方案。将模型模拟运行水位与SCADA系统实际运行记录进行比较，三座泵站模拟运行水位与实际水位波峰与波谷在出现的时间上有较高的一致性，且随降雨历时两者具有基本相同的变化趋势，表明防汛预警系统在降雨期间基本上反映了排水系统内水位的变化特性。但由于实际运行过程中，泵站的启闭受系统间的联合调度及预抽空等诸多主客观因素影响，因此，实际运行水位较模拟水位偏低。同时，模型模拟了泵站内泵机应执行的最优调度方案，即未来数小时内该泵站应开启的泵机台数及持续的时间，以最大程度降低系统内降雨积水情况。模拟结果显示，模拟调度方案与实际运行调度方案在最大开泵台数、开启时间、持续时间均具有较高的一致性。

（2）“海葵”台风

“海葵”台风期间，长桥示范区内当日降雨达大暴雨标准，全天总降雨量达到113.9 mm。三座泵站模拟与实际运行情况对比见表3。

表3 “海葵”期间泵站降雨预警结果统计

图4 2012年8月8日长桥泵站模拟预测结果

由表2可以看出，“海葵”台风期间，梅陇、罗秀两座泵站实际运行水位峰值与模拟结果较为吻合，水位模拟误差值在15%以下；而长桥泵站由于“海葵”来势凶猛，泵站实际运行中采取了低水位运行模式，导致水位峰值误差较大。同时，模拟与实际最大开泵台数一致，且雨水泵开停时间与实际基本一致，误差较小。降雨期间，三座泵站模拟运行水位与实际水位变化趋势基本一致，水位峰值出现的时间基本一致，见图4。

2012年至今，预警决策支持平台主要经历了两次大规模台风降雨考验，其中2013年10月7日的“菲特”台风持续时间较长，从影响上海到离境前后共计3 d，降雨强度也超过2012年8月8日的“海葵”台风。预警决策支持平台自2013年10月6日早上10：35进入雨天预警模式，至10月9日上午9：00转入在线旱天模式，总计运行时间超过70 h，共计运算并输出结果280次。台风期间平台运行稳定，梅陇泵站能够持续稳定输出预报模拟结果，且模拟结果与SCADA系统记录吻合程度较高。

4 结论

（1）预警决策支持平台的建立主要是为了应对强降雨天气下的城市防汛安全问题，平台运行期间了经历了大雨、暴雨及“海葵”与“菲特”台风等极端天气的考验，该平台能够较准确地反映管网及泵站的运行情况，较好地发挥了决策支持作用。

（2）建议根据排水系统管网布局，在关键管段安装水位监测点，为模型的验证提供更为详实准确的依据。并对模型实际运行情况持续进行总结分析，为系统监测点的布局提供指导。

[1]祁继英,白海梅.水力模型用于排水系统的设计优化[J].中国给水排水,2008,24(4)：36-39.

[2]谭琼,张建频,时珍宝.排水实时模型在上海防汛中的示范应用[J].中国市政工程,2013(10)：118-110.

TU992

A

1009-7716（2016）05-0120-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.033

2016-01-19

国家水体污染控制与治理科技重大专项

（2013ZX07304-003）。

王辉（1982-），女，河北石家庄人，工程师，从事市政排水与污泥处理处置研究工作。