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

　　6大問題困擾排水系統管理

　　城市排水管網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生產等污水、及時排除城區雨水和流經市區的雨水的任務,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,城市排水管網系統的建設速度快、規模大、更新快,排水管網管理的難度越來越大,長期以來排水系統管理中存在的問題日益顯現,主要包括以下幾方面：

　　①理法規和相關技術標準不完善，缺乏完善可靠的排水管網數字化管理技術規范,各個城市排水管網數字化管理水平和技術標準差異較大;

　　②大部分城市排水管網數據資料管理方式分散不系統,數據存儲方式多樣,部分城市“重建設輕管理”,造成排水管網數據不完整、不準確,對排水管網資產狀況掌握不全面;

　　③分散不系統的管理模式和低效的查詢分析方法難以體現復雜排水管網的網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排水管網的水力分析、調度分析、布局優化分析和應急事故分析缺乏科學依據,流域級別的綜合管理模式無法實現,在應對防汛搶險等危機事件過程中現有管理調度手段蒼白無力;

　　⑤缺乏全面完整、科學有效的管道養護篩選數據庫,難以制定高效的管道養護計劃,排水管網及排水設施的管理養護隨意性大,養護效果也難以評估;

　　⑥缺乏有效的管網狀態評估和運行監測手段,不能及時掌握管網排水負荷和運行狀況的變化,基于實時在線數據的全管網系統分析和動態模擬分析鮮有應用案例。

　　數字排水(DigitalWater)技術是發展必然

　　基于目前現狀，趙冬泉認為，只有采取信息化的管理手段對城市雨水管網數據進行統一管理、利用專業模型對雨水管網溢流狀況進行分析診斷,才能提高城市雨水管網的管理和應急水平。

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

　　他介紹，數字排水(DigitalWater)平臺(以后簡稱“平臺”)采取統一的排水管網綜合管理數據庫體系對大量雨水管網數據和監測數據進行有效管理維護,并利用先進的排水管網模型對城市雨水排除系統進行動態模擬計算,具有多界面的模擬結果動態展示和自動生成報表的功能。

　　為了便于用戶更方便、快捷的對雨水管網溢流進行管理,在平臺中對各種專業功能進行了集成開發,構建了可流程化操作的雨水管網溢流管理應用模塊,從而輔助管理者對暴雨發生時城市雨水排除系統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據支持。

　　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的排水負荷壓力,統計檢查井的溢流量和溢流持續時間。城市雨水排除系統涉及大量的管線、檢查井、泵站、雨水口、排水接口區域和背景圖等空間信息,由于城市地表特征和排水管網的復雜性,單純利用數學模型,將使模型構建成為一項繁重而復雜的工作。數字排(DigitalWater)平臺將GIS技術和排水管網計算模型緊密集成,提供排水管網的拓撲關系維護、匯水區的自動劃分、模型參數的自動提取、模擬結果動態表達等功能,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的排水規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的影響也有所不同,所以采用不同的降雨情景進行動態模擬對于城市雨水排除系統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期的降雨。從而輔助分析人員分析不同重現期、不同降雨量、不同雨型的降雨情景中雨水管網的排水規律。

　　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的沖擊不同。實際使用中用戶可根據區域防洪要求生成不同雨型、不同重現期、不同雨峰系數以及不同時間間隔的降雨,并導入系統進行模擬分析各種降雨情景下排水系統的負荷變化規律(如檢查井溢流點和溢流時間可能不同) ,對城市雨水管網的排水能力進行更全面的評估。

　　新型模擬結果動態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顯示窗口,輔助分析人員從大量的模擬分析數據中直觀的了解整個管網的排水負荷空間分布和時間變化規律,有利于將存在問題的區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平臺的綜合管理數據庫中已經考慮了降雨過程在線管道液位計和流量計監測數據的存儲和管理。利用管網在線數據采集設備,構建適合當地條件的在線數據監測和傳輸體系,可以實時獲取管網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、監測圖像及數據圖表等形式給予直觀顯示。

　　可利用這些數據進行模擬預測和防汛方案的制定,如:預測溢流發生時間、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等。利用模擬結果報表中的統計數據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,會對城市環境造成嚴重影響,是短期內雨水管網改造的重點,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的中期改造和長期維護規劃中。此外,可根據報表中的相關的統計列表,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。

　　數字排水(DigitalWater)平臺可以為區域、排水流域或市域等各種不同級別的排水管網管理部門建立一個長期有效、統一方便的綜合排水管網數據庫,在“統一規劃,分步實施”的指導思想下,通過持續的專業模塊開發、管網數據維護和相應硬件支撐平臺(計算機網絡平臺、大屏幕展示平臺、管網液位與流量在線監測體系等)的建設,全面提升該地區的排水設施運營管理水平、規劃決策水平和客戶服務水平,為保障排水設施的安全穩定運行提供現代數字化管理手段。對提高城市雨水排除系統的應急管理水平具有重要的意義。

編輯：谷林