武汉市智慧水务的探索与应用

文|刘敏 金卫华 杨剑锋 聂彪 何蒙

武汉市位于长江中游、江汉平原东部，各类水资源丰沛，江河纵横、湖港交织，水域面积约占全市总面积25%。武汉市多年平均降雨量超过1200 毫米，降雨集中在6月至8月，约占全年降雨量的40%，其中暴雨出现时间与长江、汉江汛期重叠，雨水主要依赖泵站抽排出江，外洪内涝叠加效应明显，防洪排涝任务艰巨，城市内涝风险非常大，建成区范围的暴雨内涝灾害治理和处置尤为重要。

图1 武汉市智慧水务总体架构

武汉市近年来大力推进内涝点的整治工作，其中信息化支撑是内涝治理重要的非工程措施之一，武汉市智慧水务在物联感知监测、数据整合、模型构建、排涝业务应用等方面进行了探索建设，在内涝治理实践中广泛应用，助力武汉科学治水，支撑城市内涝治理水务业务管理初见成效。

建设目标及架构

武汉市智慧水务建设目标是通过云计算、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术与水务业务的深度融合，计划到2025年基本形成系统科学的标准体系和统一运维体系，“全流域、全要素、全时段、全天候”的物联感知网，构建功能完善的水务大数据平台、应用支撑平台和综合决策指挥平台，建成全面覆盖水务业务场景的核心智慧应用系统，逐步实现“一网全感知、一图知全局、一屏全指挥、一键辅决策、一证保安全”五项管控目标，推动武汉市水务管理规范化、精细化、智能化发展，使水务运营更高效，管理更科学，服务更优质。

武汉市智慧水务总体架构是围绕水务业务领域，汇聚全市涉水业务数据，建设智慧水资源、智慧水安全、智慧水环境、智慧水生态、智慧水文化、智慧水政务6 大业务场景，水务大数据平台、应用支撑能力平台、综合决策指挥平台3 个平台，ICT 基础设施、监测基础设施2 大基础设施，以及标准规范体系、安全保障体系、统一运维体系3 个保障体系，形成“6+3+2+3”的总体框架。

主要建设内容

武汉市智慧水务主要建设任务包括标准规范体系、安全保障体系、统一运维体系、物联感知系统、ICT 基础设施、大数据平台、应用支撑平台、核心应用系统及综合决策指挥平台等内容。其中通过内涝监测感知点、排涝水业务场景等建设，在内涝治理等方面进行了积极有效的探索。

武汉市水务大数据中心通过顶层规划与设计水务信息资源，建立水务数据资源目录，汇集整合了全市涉水业务数据资源，构建标准统一的水务数据资源体系，制定智慧水务大数据平台服务标准，搭建功能完善的水务大数据平台，实现水务数据汇集、治理、计算、开发应用及交换共享的全过程规范化管理，为智慧水务应用提供全面数据支撑。

基于地理信息系统，底图采用武汉市政务地图，叠加多年遥感影像，开发完成了武汉水务一张图。目前集成了60 多个水务空间数据图层，全方位展示武汉市河流、166 个湖泊、262座水库、堤防、雨污水管线、泵站、排水水系、污水系统及其他重要水务设施的空间分布及属性信息。

武汉市智慧水务重点建设了多类物联感知设备，充分利用物联网、无人机及卫星遥感等多样化技术手段，构建“天空地”多元立体的智能感知体系，补齐水情、水质、流量、工情监测及视频监控短板，基本建成全面监测、重点管理的物联感知体系。内涝治理方面，补充建设了200 余处内涝点水深监测、水闸开启度监测、视频监控及重点排口、河湖港渠流量监测等内容。

基于水文模型数值模拟的洪涝灾害预警是城市内涝治理的重要手段，武汉市已搭建中心城区城市排水水力模型，选用了城市综合流域排水模型软件，融合持续更新的排水管线数据、港渠河湖实测水位、闸泵站工况数据、不透水区域调查、地形数据及人口等多类数据，经过模型建立、校核、计算分析等步骤，按不同暴雨量级生成淹没水深图和淹没历时图。

紧密围绕城市内涝治理业务需求，武汉市智慧水务专门开发了“排涝水”主题应用场景，将已有的排水管理系统进行全面迭代升级，并建设了综合决策指挥平台。结合排涝形势相关的气象雷达、物联网感知、视频监控、排涝设施工况、抢排人员及设备位置、社交媒体舆情等多维度实时监测大数据，运用实时水力模型分析、AI 等技术，初步具备了态势感知、预测预警、水系调度、融合会商等功能，开发了移动版“武汉水务通”APP，全面辅助排涝调度决策及应急处置。形成了内涝事件实时在线监测、内涝点短信预警、AI 视频内涝分析事件推送、水深变化预警、内涝处置成效等全流程精细化管理。

内涝治理应用成效

武汉市智慧水务目前正在推进项目一期实施，排涝水应用场景已初步搭建，在近年来多场次强降雨期间发挥见效，2021年共整治了40余处易积水点，以2022年7月19-20日强降雨为例，期间发送内涝预警信息4000 余条，收集积水舆情88 条，辅助了多个内涝点快速发现和处置，为科学调度、确保城市安全提供了有力支撑。

武汉市智慧水务平台及移动端APP 提供排水管网巡线、事件上报、任务派单、维护回传等业务流程化闭环管理功能，工作人员根据排水管网结构和功能隐患动态信息，编制工作计划，及时组织开展管网检修改造和疏浚维护，完善排水管网功能，改善排水能力。相关责任单位可通过智能表单填报最新排水设施的属性及空间信息，通过水务大数据平台综合治理，保障排水设施基础数据动态更新，推进排水设施逐步实现精细化和动态化管理。

结合最新排水设施及工程情况，依托排水水力模型计算分析，评估武汉市建成区高、中、低易积水风险点，结合历史内涝点情况，每年汛期前更新编制全市内涝点风险图并向社会公布，针对重点内涝防御区域，编制不同场景下应急调度方案。组织各区、各有关部门根据实际情况，制定内涝点“一点一策”应急预案，逐一落实人防、物防、技防措施。通过共享接入武汉市气象台发布的降雨预警信息，前端内涝监测设备自动预警并滚动推送内涝短信，使用移动端APP 水务通和短信同步推送给各级排涝责任人。

武汉市排涝调度根据阶段不同，可分为汛前准备、雨中调度和雨后灾情处置三个阶段。汛前结合湖泊实时监测水位，按照调度预案，提前抽排降低水位，预留调蓄空间。雨前依据各类预警预测信息，管理人员结合实际情况提前发送人员到位、泵站开机、闸门开启等调度指令，相关责任人接到信息指令后，立即组织人员设备提前驻守易积水点。降雨时管理人员查看全市实时降雨分布情况，及时掌握暴雨中心位置，调看共享的城市道路及周边视频，发现积水时立即发送事件到相关责任人进行处置，实时跟进内涝点处置和消退情况；以排水系统为单元，根据水系排水通道源头到末端的湖泊、港渠、泵站前池水位情况，分析判断排水堵点，及时采取措施，确保排水通道畅通；发现水位过高时，调动泵站加开机组，科学控制泵站前池、港渠和湖泊水位。

武汉市智慧水务平台滚动推送降雨预警信息和降雨实况，结合内涝点实时水深及现场视频监控，指挥中心查看现场抢排情况并远程指挥调度，通过GPS 定位移动泵车，统筹调配周边人员设备进行应急抽排，并第一时间向交管、城管等部门推送道路内涝信息，及时做好交通疏导及应急救援，通过微博、头条号及时发布内涝及应急抽排有关情况，提醒市民合理出行。

超标降雨是指超出城市排水防涝标准的强降雨，超标降雨应急应对是城市内涝治理的重要管理体系内容。武汉市超标降雨条件设定为百年一遇，即1 小时降雨超过100 毫米或24 小时降雨超过300 毫米且降雨持续，基于已构建的排水水力模型，进行了超标降雨内涝分析，评估了各区域的淹没高风险区及退水时长，发布了超标降雨城市内涝风险分布图。由此制定了《武汉市超标降雨灾害应急预案》，其中明确了武汉市城市内涝重点防护对象、应急职责分工、灾害情景构建、预警及应急响应、灾后处置等内容，全面指导超标降雨灾害时的应对工作，严格落实超标降雨灾害的主体责任，全力保障城市运行和人民群众基本生活。