城镇排水系统在线监测整体方案建设

魏 琳 ,金霏霏

(长春市规划编制研究中心(长春市城乡规划设计研究院)，长春 136000)

引 言

排水管网在线监测是体现城市管理智能化水平的重要标志之一，是排水事业发展、行业管理与服务的重要支撑和保障，也是支撑民生的重要技术手段。城市排水系统是一个结构复杂、规模庞大、随机性强的巨型网络，尤其对于市政设施建设频繁的大中城市来说，排水系统管网的总体规模和复杂程度是难以想象的。随着城镇化的快速发展，城市边界不断拓展延伸，市政排水设施成倍增长，给城市管理工作和市政排水行业带来了巨大机遇与挑战。为了能够全面实时的掌握城市排水系统中排水管网的布局与各泵站、调蓄池、排涝站、污水处理厂的运行情况，合理的管理和调度各设施的相关设备，缩短设施故障响应时间，降低排水设施的故障率，提高泵站、调蓄池、排涝站、污水处理厂的管理水平，增强整个城市排水系统的自动化程度，采用现代化的城市“智慧”排水系统势在必行。

1 城镇排水在线监测研究进展

以物联网、云计算等为代表新一代信息技术的技术正以前所未有的速度发展，使“智慧”排水建设在技术层面的到更为广泛的支撑，特别是在排水信息监测、数据传输、智能应用等方面。利用物联网强大的数据获取能力，将使自动监测数据更加全面，数据时效性更强，为“智慧”排水上层应用提供更为优质的数据支撑。物联网能够有效实现传感器网络与移动通信技术，互联网技术的融合，从而允许水务部门基于无线传输技术来建设大量的末端采集网络，为在城镇线监测系统建设提供了基础的网络支撑。

1.1 台州在线监测系统

台州市在线监测系统区域全覆盖9县市区130乡镇5 000村落，流域性全覆盖2 600个网格，监测项目全覆盖共设村口雨晴，河道水情，低洼地水情，山塘水库雨水情，土壤墒情，风力风向，环境要素(气压、光照、温度、湿度、噪声)，水分蒸发，海浪，波压力，潮位，流速流量，智能水表，移动水下环境监测，饮用水监测，水产养殖场，水质监测，闸门自动控制，高清视频监控，大坝位移沉降，水利工程巡查定位共21类[1]。

1.2 温州在线监测系统

温州市在线监测系统监测3 199km排水管网，193处检查井水位，10处下穿道路积水监测点和65座泵站视频监控，23处气象监测点每5min实时雨量和39个重要点位未来1h、3h雨量预报数据。

本文将提出在线监测系统建设框架和整体监测方案，有利于系统性的指导“十三五”期间排水管理工作，城镇排水在线监测系统的建设为之后建立排水系统信息化管理平台即“智慧”排水提供数据支撑[2]。

2 城镇排水系统框架

城镇排水系统框架系统包括四大模块，分别为感知模块、储存模块、分析模块和管理模块，它是通过数据采集仪、无线网络、流量计、水位计等在线监测建设实时感知城市排水系统的运行状态，并采用可视化的方式有机整合水务管理部门与排水设施，形成“城市排水物联网”，可将海量排水系统信息进行及时分析与处理，做出相应的处理结果辅助决策建议，以更加精细和动态的方式管理排水系统的整个运行、管理和服务流程，从而达到“智慧”的状态。“智慧”排水系统总体框架如图1所示。

图1 “智慧”排水系统总体框架Fig.1 Overrall framework of the smart drainage system

3 排水管网在线监测整体方案

城镇排水在线监测系统框架主要包括气象数据在线监测、水文数据在线监测、内涝风险类在线监测、设施运行数据在线监测、水环境监测、海绵监测和重点排水户监测。城镇排水在线监测系统框架如图2所示，在线监测布置方案见下表。

图2 整体监测方案框架图Fig.2 Overrall monitoring plan framework

表 城镇排水管网在线监测布置方案Tab. Urban drainage pipe network online monitoring arrangement

续表

城市排水系统在线监测点建设成后，我们可以较准确的反应城镇地下排水管网真实现状数据，使得所做规划设计方案不偏离实际情况；能够获得长期稳定运行排水系统在线监测数据；可以动态反馈排水设施现状运行状况；提前预警城市内涝、污水溢流等应急事故[3]。城镇各个污水处理厂、泵站、调蓄池、管网联合调度，形成“排水在线监测一张网”的思路[4]；通过收集排水系统长期在线监测数据，定量化评估城镇海绵城市、黑臭水体等相关工程的实施效果，提高城镇管网的动态管理能力；为之后建立排水系统信息化管控平台即“智慧”排水提供数据支撑。

4 排水管网在线监测数据的应用

4.1 利用在线监测数据信息可以实现管道全生命周期管理，真正实现智慧水务“智慧”[5]+ “应用”的目的，建立的管道数据库，可以为决策者提供更为精准的判断数据，延长管道生命周期，从管道养护和维修工作中累计的资料和经验“反哺”管道规划、设计和建设。

4.2 利用在线监测数据可以实现为科学联合调度提供数据支撑，基于统一的云计算平台，综合调度网络和大数据中心，主要围绕城镇的防汛、水资源、水环境、水生态管理、排水工程等核心业务，建立业务管理体系，生产运营体系、管理决策体系和公共服务体系等应用。将工程考核(支流进入主流的考核)、断面考核和行政考核相结合，数值模拟和专家团队相结合。水质与水量需要同步监测，气象监测与水文监测相结合，水环境质量管理和生产运营管理相结合，排水管网在线监测与内涝治理监测相结合，预警与预测相结合。实现对泵站、污水处理厂、排水口、易涝点、管网、井盖等排水基础设施基本信息管理，实时监测河道水位、断面水质、气象雨情等水情雨情信息，掌握水系调度预泄情况；实时监测泵站和污水处理厂的液位、流量、水质、管道淤积程度、排污口出水情况，低洼积水等运行信息，为污水运行调度，积水点改造、管道健康状况评估提供依据，真正形成“网站厂”一体化科学联合调度控制[6]。

4.3 在线监测系统与防汛应急调度相结合，提升防汛保障功能，提高应急管理水平。建立的城镇排水在线监测系统可以与构建智能化防汛应急调度体系相结合，采用物联网等技术加强现场情况监测，通过合理的监测点位和监测设备布控雨情、积水、河道水情、道路交通、泵站工况、现场抢险等现场实时感知能力，为防汛指挥提供更可靠的监测预警和决策依据。