昨晚，北京市民再次慘遭暴雨襲擊，城市內澇問題再次為城市管理者敲響警鐘!

　　如何解決城市內澇?在規(guī)劃等等之外，技術方面，城市排水系統(tǒng)究竟該如何建設?北京清華城市規(guī)劃設計研究院環(huán)境技術所所長趙冬泉，在不久前中國水網(wǎng)主辦的技術論壇上發(fā)言認為，采取數(shù)字排水(DigitalWater)技術是城市排水發(fā)展的必然選擇，將有效破解當前的城市排水難題。

　　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,擔負著收集城市生活和工業(yè)生產等污水、及時排除城區(qū)雨水和流經市區(qū)的雨水的任務,是保證城市正常運轉的重要生命線。

　　伴隨著我國城市化的進程,城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的建設速度快、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)和相關技術標準不完善，缺乏完善可靠的排水管網(wǎng)數(shù)字化管理技術規(guī)范,各個城市排水管網(wǎng)數(shù)字化管理水平和技術標準差異較大;

　?、诖蟛糠殖鞘信潘芫W(wǎng)數(shù)據(jù)資料管理方式分散不系統(tǒng),數(shù)據(jù)存儲方式多樣,部分城市“重建設輕管理”,造成排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)不完整、不準確,對排水管網(wǎng)資產狀況掌握不全面;

　?、鄯稚⒉幌到y(tǒng)的管理模式和低效的查詢分析方法難以體現(xiàn)復雜排水管網(wǎng)的網(wǎng)絡特征和上下游關系,使得分析決策水平還停留在主觀判斷和簡單推理的層次;

　　④排水管網(wǎng)的水力分析、調度分析、布局優(yōu)化分析和應急事故分析缺乏科學依據(jù),流域級別的綜合管理模式無法實現(xiàn),在應對防汛搶險等危機事件過程中現(xiàn)有管理調度手段蒼白無力;

　?、萑狈θ嫱暾?、科學有效的管道養(yǎng)護篩選數(shù)據(jù)庫,難以制定高效的管道養(yǎng)護計劃,排水管網(wǎng)及排水設施的管理養(yǎng)護隨意性大,養(yǎng)護效果也難以評估;

　　⑥缺乏有效的管網(wǎng)狀態(tài)評估和運行監(jiān)測手段,不能及時掌握管網(wǎng)排水負荷和運行狀況的變化,基于實時在線數(shù)據(jù)的全管網(wǎng)系統(tǒng)分析和動態(tài)模擬分析鮮有應用案例。

　　數(shù)字排水(DigitalWater)技術是發(fā)展必然

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

　　趙冬泉介紹，數(shù)字排水(DigitalWater)技術是新一代的城市排水管網(wǎng)管理工具,基于國內排水管網(wǎng)管理的數(shù)字化需求,利用先進的排水模擬計算引擎、數(shù)據(jù)庫管理技術和GIS技術的集成開發(fā),為排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高效管理、排水系統(tǒng)的網(wǎng)絡空間分析、排水管網(wǎng)的應用數(shù)字排水(DigitalWater) 平臺。

　　他介紹，數(shù)字排水(DigitalWater)平臺(以后簡稱“平臺”)采取統(tǒng)一的排水管網(wǎng)綜合管理數(shù)據(jù)庫體系對大量雨水管網(wǎng)數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行有效管理維護,并利用先進的排水管網(wǎng)模型對城市雨水排除系統(tǒng)進行動態(tài)模擬計算,具有多界面的模擬結果動態(tài)展示和自動生成報表的功能。

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

　　平臺可有效提高建模效率和模擬結果分析效果

　　由于城市排水系統(tǒng)的復雜性,簡單的模型無法對檢查井的溢流做出可靠的動態(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,計算回水影響、逆流等復雜排水情況,從而計算降雨過程中排水管網(wǎng)的排水負荷壓力,統(tǒng)計檢查井的溢流量和溢流持續(xù)時間。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)的復雜性,單純利用數(shù)學模型,將使模型構建成為一項繁重而復雜的工作。數(shù)字排(DigitalWater)平臺將GIS技術和排水管網(wǎng)計算模型緊密集成,提供排水管網(wǎng)的拓撲關系維護、匯水區(qū)的自動劃分、模型參數(shù)的自動提取、模擬結果動態(tài)表達等功能,大大提高了建模效率和模擬結果分析效果。

　　降雨情景模擬分析可對管網(wǎng)排水能力進行更全面評估

　　由于城市降雨強度具有時間和空間分布的不均勻性,降雨量對城市雨水排除系統(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行動態(tài)模擬對于城市雨水排除系統(tǒng)的全面評估具有重要的意義。

　　城市排水工程設計中通常利用暴雨強度公式推求典型降雨過程,而這種方法計算復雜,耗時耗力。為了快捷的生成不同的降雨情景,該模塊中設計開發(fā)了降雨過程生成器,可利用暴雨強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。

　　由國內外的很多研究都證實，不同的降雨特征對城市雨水排除系統(tǒng)的沖擊不同。實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)以及不同時間間隔的降雨,并導入系統(tǒng)進行模擬分析各種降雨情景下排水系統(tǒng)的負荷變化規(guī)律(如檢查井溢流點和溢流時間可能不同) ,對城市雨水管網(wǎng)的排水能力進行更全面的評估。

　　新型模擬結果動態(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,平臺提供了多界面多模式的模擬結果動態(tài)顯示窗口,輔助分析人員從大量的模擬分析數(shù)據(jù)中直觀的了解整個管網(wǎng)的排水負荷空間分布和時間變化規(guī)律,有利于將存在問題的區(qū)域鎖定到比較小的范圍,并進行詳細的分析和對策方案的研究。如通過線的粗細區(qū)分管道充滿度的變化,利用點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平臺的綜合管理數(shù)據(jù)庫中已經考慮了降雨過程在線管道液位計和流量計監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲和管理。利用管網(wǎng)在線數(shù)據(jù)采集設備,構建適合當?shù)貤l件的在線數(shù)據(jù)監(jiān)測和傳輸體系,可以實時獲取管網(wǎng)的排水負荷和當前運行狀況,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)進行模擬預測和防汛方案的制定,如:預測溢流發(fā)生時間、溢流量、排除積水所需時間、確定防汛應急響應級別及泵站開車臺數(shù)等。利用模擬結果報表中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以快速篩選出符合特定條件的檢查井,如溢流時間大于1 h的檢查被認為是嚴重溢流,會對城市環(huán)境造成嚴重影響,是短期內雨水管網(wǎng)改造的重點,而其他溢流檢查井可以視其溢流的嚴重程度分別放到管網(wǎng)的中期改造和長期維護規(guī)劃中。此外,可根據(jù)報表中的相關的統(tǒng)計列表,在降雨前有重點地做好防范設施以減少檢查井溢流對城市帶來的威脅。

　　數(shù)字排水(DigitalWater)平臺可以為區(qū)域、排水流域或市域等各種不同級別的排水管網(wǎng)管理部門建立一個長期有效、統(tǒng)一方便的綜合排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫,在“統(tǒng)一規(guī)劃,分步實施”的指導思想下,通過持續(xù)的專業(yè)模塊開發(fā)、管網(wǎng)數(shù)據(jù)維護和相應硬件支撐平臺(計算機網(wǎng)絡平臺、大屏幕展示平臺、管網(wǎng)液位與流量在線監(jiān)測體系等)的建設,全面提升該地區(qū)的排水設施運營管理水平、規(guī)劃決策水平和客戶服務水平,為保障排水設施的安全穩(wěn)定運行提供現(xiàn)代數(shù)字化管理手段。對提高城市雨水排除系統(tǒng)的應急管理水平具有重要的意義。

編輯：谷林