智慧排水建设思路——以城市内涝治理为例

文｜广州奥格智能科技有限公司 曹兵

1.城市内涝产生原因及分类

相关信息统计，我国近年来有60%以上的城市曾发生过内涝灾害，许多城市经常逢大雨必内涝。城市内涝的成因非常复杂，涉及因素众多，主要概括为以下5 个因素。

（1）气候变化导致局部极端暴雨频发

许多地区的灾害发生都受到全球变暖的影响，全球变暖会导致极端天气增多，城市遭遇内涝灾害的频率也大大增加，加之受“热岛效应”的影响，城市地区短历时、突发性、高强度的局部大暴雨事件时有发生。

（2）地形因素影响

地势较高的区域不易形成积水，城市范围内地势比较低的区域或是滞洪区容易形成内涝。沿海地势较低的城市易发生城市内涝。此外，城市的某些特定地点的内涝发生率较高，例如：铁路桥、公路桥、城市立交桥、城市地下通道等。

（3）城市下垫面变化

城市化扩张带来地面性质改变，使原本的自然地表被不透水面取代，改变了地面的蓄水功能，降低了雨水存贮与分流功能，雨水下渗率低，遇到暴雨容易汇集积水。

（4）城市排涝能力低下

城市建设和人口增长迅速，许多管网设计和建设老化滞后。城区规划不能满足现状需求，城市管网的不完善是导致内涝的重要原因。此外，有些城市排水是雨污合流系统，管道中容易有沉积物，分流系统也存在沉积，日积月累形成阻塞，减少排水量。

（5）排水设施管理和内涝应对措施不完善

缺乏完善的防涝设施普查数据管理技术规范，缺少全面有效的管道普查数据，排水信息资料利用率低，无法为城市排水防涝的具体业务工作提供全面翔实的分析数据和技术支持。管网运行动态及负荷空间缺少监控，历史内涝事件缺少相关分析，应急调度方向不明确，不能对排水防涝工作进行及时、准确的指导。

2.内涝场景及处置方法

高强度暴雨的频发和城市化的影响，导致城市内涝现象屡屡出现，相同的路面积水现象可能有着不同的内涝成因，其排水设施的运行状态也各不相同。应对不同内涝场景，需采取不同的应急处理措施。常见的城市内涝场景有河道水位顶托、倒灌；管道、泵站排水能力不足；雨水口收水能力不足或雨水口堵塞；管道堵塞、闸门关闭。

河道水位顶托、倒灌。下游水位较高时，排水口水流受到下游水位顶托，下游水位高于排水口高程时，雨水排放受到阻碍，再加上上游源源不断的来水，水流就会从检查井溢出并造成内涝。此种内涝场景的设施状态为河道水位高，管道满流，检查井溢流，地面积水。该场景可采取的应急措施为：降低河道水位；开启泵站、闸门；关闭拍门；排除抢险队伍强排。

管道、泵站排水能力不足。管道、泵站作为城市基础设施的重要组成部分，担负着城市雨污水排放、河道调水及抗旱排涝等任务。当城市出现强降雨时，因管道、泵站排水能力不足产生的设施状态为河道水位低，管道满流，检查井溢流，地面积水。该场景可采取的应急措施为：泵站开启更多的机组，派出抢险队强排。

雨水口收水能力不足或雨水口堵塞。设施状态为河道水位低，检查井低水位，管内未满流，地面积水。该场景可采取的应急措施为：清理雨水口；打开地面检查井；派出抢险队伍强排。

管道堵塞、闸门关闭。设施状态为河道水位低，管部分满流，部分为满流，地面积水。该场景可采取的应急措施为：派出抢险队伍强排，开启闸门。

目前针对内涝的成因及管网的运行状态，大多采用经验判断，缺乏科学有效的技术分析，同样对泵站、闸站等排水设施的运行，也大多根据经验水位进行控制管理。针对以上的内涝场景，单从表面看，外在情形一致，进行应急处置时极易出现调度时间滞后、准确性不高的情况。

为加快城市排水建设，有效应对城市内涝这一顽疾，需要通过智慧排水建设进一步实现城市内涝防治支撑。应用地理信息、遥感应用、物联感知等技术，对排水防涝基础设施信息有全面的掌握、对设施运行状态有及时的跟踪，对常见内涝点的历史成因信息形成系统管理、以及快速、准确的应急处置，做好事前、事中、事后的全方位应对。

3.智慧排水对城市内涝防治支撑

智慧排水对城市内涝防治支撑可以从排水基础实施一张图、排水防涝状态一张网、内涝成因一本账、防内涝应急处置一平台四个方面进行建设，实现对排水基础设施的可视化、随时掌握各设施的运行状态、提供历史内涝成因分析支撑、对内涝事件进行高效的应急处置。

3.1 排水基础设施一张图

排水管网作为城市不可缺少的重要基础设施，是城市排涝、防洪的重要工程。通过排水管线普查，为整个智慧排水提供数据基础。在此基础上实现对基础设施定期巡检形成更新机制，从而使静态的一张图转变为动态更新的一张图。

完善排水基础设施普查数据。在城市现有的排水基础设施普查工作的基础上，建立排水基础设施数据长效更新机制。首先要增加普查范围和密度，实现城市全网覆盖；其次要利用一线人员的日常巡检（图1）对早期已收集的普查资料进行查漏、纠错，弥补以往排水管网数据更新制度缺失问题。最后要定期分区域对城市排水管网数据进行修补测。

3.2 排水防涝运行状态一张网

图1 排水基础设施一张图

图2 排水防涝运行状态一张图

图3 内涝成因一本账

排水防涝运行状态一张网（图2）用于进行排水基础设施的监控和维护，通过物联感知使设备运行状态实现人工监督向电子监督转变、定期检查向实时监控转变、被动防御向主动预防转变。

运行状态实时监控。根据排水基础设施一张图以及内涝点上报情况，准确布设物联感知设备，实时感知窨井的堵塞情况、管道的充满度、排水闸门泵站的开闭状态、下游河道的水位状态，排水的水质状况。还可通过视频监控实时查看内涝点及排水口现场情况。

运行状态分析应用。可根据运行状况分析出可能产生内涝的场景，及时应对采取巡防及站闸启闭以及布防工作，避免内涝的产生。当内涝已发生时，可以及时确定内涝产生原因，便于应急调度，有效降低潜在的内涝风险。

3.3 内涝成因一本账

针对内涝点发现不及时、存在隐患等问题，建立内涝点成因上报机制，通过排水巡查、管网养护、灾情应急处置时发现的问题及时上报，以及物联监测预警、视频识别、模型预测等方式发现的问题进行上报（图3），并对这些问题进行汇总建档。

对上报的内涝点位置、故障的设施类型、出现问题的类型进行备案，以及问题流转环节、最终处理结果、现状情况进行详细的记录，实现全流程问题管理、问题处理全公开、问题处置、问题台账管理，形成内涝成因一本账。并从内涝点发现上报、分析认定、工程改造、效果评估进行全闭环处置。

3.4 防内涝应急处置一平台

应对城市暴雨产生的内涝问题，需要转变应对方式，从被动防御向主动预防转变，从事前预报预警、事中全面监控、事后事件回顾等措施入手，做到事前有充足准备、事中有应急对策、事后有总结分析，提升城市内涝治理的综合实力。

图4 防内涝应急处置一平台

防内涝应急处置一平台（图4），从事前预警预报、事中指挥调度、事后分析总结进行全过程处置。事前重视管网普查、完善基础信息、增强设施管护、提高预测精度、制定有效的应急预案；事中建立快速反应机制，通过对前端视频监控、借助远程视频会商、实时调度、及时反馈、全程督查；事后进行一雨一报、事件回顾、总结完善。通过对应急事件的全过程处理，最大化程度地减小灾害损失。

4.总结和展望

完善的内涝防治系统是高质量城市治理水平的体现，需要坚持人与自然和谐共生，坚持将城市作为有机生命体，把治理城市内涝作为保障城市安全的重要任务。充分利用现代化信息技术、科技创新手段解决城市内涝问题，将城市发展与智慧排水紧密结合，以解决城市内涝问题为导向，以可行性与及时性为原则，以保护人民生命财产安全为宗旨，以实现人与自然和谐共处为目标，建设智慧排水城市，筑牢内涝安全防线。