數字賦能,助力城市生命線排水智能化治理

城市內澇已成為全球城市化進程中不可忽視的"城市病"。近年來，受氣候變化影響，極端降雨事件頻發(fā)，加之城市快速擴張導致不透水面積增加，傳統排水系統不堪重負，內澇災害造成的經濟損失和社會影響逐年加劇。據統計，中國超過60%的城市曾遭受不同程度的內澇影響，每年因內澇造成的直接經濟損失高達數百億元。這一嚴峻形勢促使城市管理者重新思考內澇治理模式，從被動應對轉向主動預防，從工程治理轉向系統治理，從人工管理轉向智能管理。

數字化轉型已成為城市內澇治理的必然選擇。傳統排水系統普遍存在監(jiān)測手段落后、預警能力不足、響應效率低下等問題，難以滿足現代城市精細化管理的需求。而物聯網、云計算、大數據、GIS(地理信息系統)和數字孿生等新一代信息技術的融合應用，為破解這些難題提供了全新路徑。這些技術通過構建"感-傳-知-用"的完整閉環(huán)，實現了排水系統運行狀態(tài)的實時感知、內澇風險的精準預測和應急資源的智能調度，大幅提升了城市內澇防治能力。

智慧排水作為智慧城市建設的重要組成部分，其核心理念是通過數據驅動和模型仿真，重構排水系統規(guī)劃、設計、運行和維護的全生命周期管理流程。這一理念已在全球范圍內得到廣泛認同和實踐。例如，新加坡的"智慧國"計劃中將水管理作為重點領域，通過部署大量傳感器和智能算法，實現了對全國排水網絡的實時監(jiān)控和預測性維護;荷蘭則利用數字孿生技術構建了全國性的洪水預警系統，有效降低了低洼地區(qū)的洪澇風險。

在中國，智慧排水建設也進入了快速發(fā)展期。住房城鄉(xiāng)建設部在《關于做好2024年城市排水防澇工作的通知》中明確提出："要結合城市基礎設施生命線工程建設，在排水設施關鍵節(jié)點、易澇積水點因地制宜布設必要的智能化感知終端設備，提升排水防澇智慧化水平"。這一政策導向推動了各地智慧排水項目的落地實施，均取得了顯著成效

核心技術賦能：構建智慧排水系統的技術基石

智慧排水系統的建設離不開一系列前沿技術的支撐與融合。物聯網技術作為感知層的核心，大數據與云計算提供強大的數據處理能力，GIS技術實現空間信息的可視化表達，而數字孿生則將這些技術有機整合，構建起虛實交互的仿真環(huán)境。這些技術相互協同，共同構成了智慧排水系統的技術基石，為城市內澇治理提供了全新的方法論和工具集。

物聯網技術：構建全域感知網絡

物聯網技術在智慧排水系統中扮演著"神經末梢"的角色，通過部署各類智能傳感器，實現對排水系統運行狀態(tài)的全面感知。在排水管網關鍵節(jié)點、易澇積水點、泵站閘門等位置布設的水位計、流量計、水質傳感器等設備，能夠7×24小時不間斷采集水位、流量、水質等關鍵參數。例如，銅山區(qū)水務局建設的數字孿生城區(qū)防洪指揮平臺就部署了418個視頻監(jiān)控站點、158處自動雨情監(jiān)測站、108處自動水位監(jiān)測站和7處自動水質監(jiān)測站，形成了覆蓋全區(qū)的感知網絡。這些實時監(jiān)測數據為后續(xù)的分析決策提供了第一手資料。

物聯網技術的應用不僅限于靜態(tài)監(jiān)測，還延伸至設備的遠程控制。通過將傳感器與執(zhí)行器(如泵站、閘門)聯動，系統可以根據預設規(guī)則或中央指令自動調節(jié)排水設施的運行狀態(tài)。在城市排水防澇中應采用這種智能聯動機制，在惡劣天氣情況下可以提前判斷內澇汛情的到來，聯動現場排水設備進行及時排水，避免和延緩城市內澇的發(fā)生。這種"感知-決策-執(zhí)行"的閉環(huán)控制大大提升了排水系統的響應速度和運行效率。

在通信技術選擇上，智慧排水系統通常采用多種傳輸方式相結合的策略。對于固定監(jiān)測點，可采用有線或4G/5G無線通信;對于偏遠或地下設施，則更適合NB-IoT、LoRa等低功耗廣域網絡(LPWAN)技術。計訊物聯的智能遙測終端就支持多種通信協議，能夠適應不同場景下的數據傳輸需求。這種靈活的通信架構確保了監(jiān)測數據能夠穩(wěn)定、可靠地傳輸至云端處理中心，為后續(xù)分析提供數據保障。

大數據與云計算：驅動智能分析與決策

海量監(jiān)測數據的匯聚催生了大數據技術在智慧排水領域的廣泛應用。傳統排水管理面臨的最大挑戰(zhàn)之一就是數據孤島問題——各部門、各系統間的數據難以互通共享，導致決策依據不足。而云計算平臺通過提供統一的存儲和計算資源，打破了這一壁壘，使得氣象數據、水文數據、管網數據、地形數據等多源信息能夠在一個平臺上整合分析。

大數據分析的核心價值在于從海量數據中提取有價值的信息和規(guī)律性認識。通過對歷史內澇事件的數據挖掘，系統可以識別出易澇區(qū)域的特征模式，建立風險預測模型;通過實時監(jiān)測數據的流處理，可以及時發(fā)現管網異?；蚍e水風險，觸發(fā)預警機制。例如，合肥經開區(qū)智慧排水綜合管理平臺就通過大數據分析技術，實現了對排水戶、管網、區(qū)界斷面、廠站等全環(huán)節(jié)的實時運行監(jiān)測，能夠分析判定異常出流、過流、運行能力、產流情況，形成"監(jiān)測預警-問題處置-結果反饋"的高效閉環(huán)。

云計算為這些復雜的分析任務提供了必要的算力支持。通過分布式計算框架，系統能夠并行處理大規(guī)模數據集，縮短分析周期;通過彈性資源分配，可以根據業(yè)務負載動態(tài)調整計算資源，提高資源利用率;通過微服務架構，可以靈活擴展新的分析功能，滿足不斷變化的業(yè)務需求。寧波高新區(qū)智慧排水數字孿生系統就采用了云計算技術，形成了"一張網、一張圖、內澇管理、污染溯源、問題閉環(huán)、養(yǎng)護管理"等多個應用場景，實現了排水的智慧化、精細化管理。

IS與數字孿生：實現可視化與仿真模擬

地理信息系統(GIS)為智慧排水提供了空間維度的表達和分析能力。通過將排水管網、地形地貌、建筑分布等要素進行數字化表達和空間關聯，GIS技術幫助管理者直觀理解排水系統的空間結構和運行狀態(tài)。在合肥經開區(qū)智慧排水綜合管理平臺中，GIS被用于構建排水管網資產數字化管理系統，形成了覆蓋121公里雨污水管網和主要道路的基礎信息電子地圖，一旦管網、道路出現問題便可以按"圖"索"跡"。

數字孿生技術將GIS的可視化能力提升到了新的高度。數字孿生是指通過數字化手段構建物理實體的虛擬映射，并實現兩者間的雙向交互。在排水領域，數字孿生系統不僅能夠呈現排水設施的靜態(tài)結構，還能模擬水流的動態(tài)行為，預測不同情景下的系統響應。錦州市數字孿生可視化防汛系統就整合了防汛相關物聯網監(jiān)測數據、風險隱患點位數據、水利設施數據以及應急處置數據，開展全市雨情、水情、汛情的大數據研判分析，實現了防汛指揮調度"一屏統管"。

數字孿生的核心價值在于其仿真預測能力。通過耦合水動力學模型、產匯流模型等專業(yè)算法，數字孿生系統可以在虛擬環(huán)境中模擬降雨-徑流-排水全過程，預演內澇發(fā)生發(fā)展過程，評估不同調度方案的減災效果。城市洪澇預測模型是基于氣象數據、地形數據、水文數據等多種數據源，緊密耦合城市代表性單元產流模塊、2D水動力匯流模塊、1D水動力匯流模塊，實現了城市內澇的精準預測。這種"先模擬、后決策"的工作模式大大降低了實際調度中的試錯成本。

數字孿生還支持多方案對比分析，為決策者提供科學依據。銅山區(qū)數字孿生城區(qū)防洪指揮平臺能夠模擬即將發(fā)生的內澇積水風險分布和程度，聯動防汛應急車輛與防汛排澇泵站的調度指令，模擬人工干預后的內澇積水風險，通過多方案對比分析形成優(yōu)化的預案進行調度。這種基于仿真的決策支持顯著提高了防汛調度的科學性和精準性。

數智技術在內澇治理中的具體應用

數智技術賦能內澇治理，不僅體現在技術層面的創(chuàng)新，更體現在應用場景的落地。以下從幾個具體方面探討數智技術在內澇治理中的應用。

智能感知與實時監(jiān)測

通過在城市排水系統中部署各類傳感器和監(jiān)控設備，可以實現對水位、流量、管網壓力等關鍵指標的實時監(jiān)測。這些數據通過物聯網平臺上傳至云端，為后續(xù)的分析和決策提供數據支撐。

智能預測與風險預警

基于大數據分析和人工智能算法，可以建立內澇風險預測模型。通過分析歷史降雨數據、管網運行數據、氣象預報等信息，能夠提前預測內澇發(fā)生的風險，為應急響應爭取寶貴時間。

智能調度與優(yōu)化控制

通過智慧排水大腦，可以實現對排水設施的智能調度。例如，在強降雨期間，系統可以根據實時水位數據，自動調整泵站運行模式，優(yōu)化調蓄池的使用，確保排水系統的高效運行。

應急指揮與協同聯動

在內澇發(fā)生時，通過可視化管理平臺，可以實現多部門的協同聯動。例如，水務部門可以實時查看積水情況，城管部門可以快速調配搶險資源，交警部門可以及時發(fā)布交通管制信息，共同應對內澇挑戰(zhàn)。

設施維護與壽命預測

通過對管網、泵站等設施的運行數據進行分析，可以實現設施狀態(tài)的實時監(jiān)測和壽命預測。例如，通過分析管網壓力數據，可以發(fā)現潛在的破損風險，提前進行維修，避免因設施故障導致內澇問題。

典型案例與實踐經驗

在城市內澇治理的實踐中，數智技術的應用已經取得了一系列成果。通過典型案例的分析，可以更清晰地看到數智技術如何賦能內澇治理，以及這些技術如何在實際場景中落地生效。以下以深圳市和雄安新區(qū)為例，詳細闡述數智技術在內澇治理中的具體實踐與成效。

深圳市智慧排水建設實踐

深圳市作為我國改革開放的前沿城市，城市化進程快速推進，但由于地形特點和排水系統建設滯后，內澇問題一度較為嚴重。近年來，深圳市通過引入數智技術，構建智慧排水系統，有效提升了城市內澇治理能力。

排水管網的數字化管理

深圳市首先對城市排水管網進行了全面普查和數字化建模。通過GIS技術，將全市排水管網、泵站、調蓄池等設施的位置、屬性信息進行了數字化處理，建立了完整的排水管網數據庫。這不僅為后續(xù)的智能化管理提供了基礎，也為內澇風險評估和應急響應提供了數據支撐。

智能感知與實時監(jiān)測

在排水系統的關鍵節(jié)點，深圳市部署了大量智能傳感器和監(jiān)控設備。例如，在易澇點設置了水位監(jiān)測傳感器，在管網關鍵節(jié)點安裝了流量、壓力監(jiān)測設備，在泵站配備了運行狀態(tài)監(jiān)測設備。這些設備通過物聯網技術，將實時數據傳輸至智慧排水管理平臺，實現了對排水系統的全面感知。

智慧排水大腦的構建

深圳市通過云計算和大數據技術，構建了智慧排水大腦。該平臺整合了氣象、水務、城管等多部門的數據，能夠對降雨、管網運行、泵站狀態(tài)等信息進行實時分析。基于人工智能算法，智慧排水大腦可以預測內澇風險，優(yōu)化排水設施的運行方案。例如，在強降雨來臨前，系統可以自動調整泵站運行模式，提前啟動調蓄池，以應對可能的積水問題。