广州海绵城市建设之智慧排水实践
不拘小节的紫菜
2024年06月24日 16:28:53
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0 引言 “海绵城市”建设是我国现阶段城市雨洪管理的发展方向之一。2012年以来,为落实生态文明建设的国家战略,超过200个地市级以上城市提出将“海绵城市建设” 作为建设生态城市和低碳城市的发展目标 

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引言


“海绵城市”建设是我国现阶段城市雨洪管理的发展方向之一。2012年以来,为落实生态文明建设的国家战略,超过200个地市级以上城市提出将“海绵城市建设” 作为建设生态城市和低碳城市的发展目标 [1] 。目前,我国已有45个城市分3批入选系统化全域推进海绵城市建设示范城市,试点城市相继完成海绵城市建设绩效考核。在试点城市推进海绵城市建设过程中发现,存在对海绵城市建设理念认识不足、一味追求高管控指标、机械堆砌海绵设施来完成规划指标等现象 [2] 。2022年4月,住房和城乡建设部办公厅印发《关于进一步明确海绵城市建设工作有关要求的通知》(建办城〔2022〕17 号),要求“扎实推动海绵城市建设,增强防洪排涝能力”,进一步明确海绵城市建设的目标。根据住房和城乡建设部《中国城乡建设统计年鉴》(2021),我国污水管道、雨水管道和雨污合流管道长度分别占比 45.92%、43.47%和 10.61% [3] ,城镇排水体制逐步向分流制发展。但城镇分流制排水系统仍存在清污不分、污水管和雨水管高水位运行,管道积泥清通不到位等现象 [4] ,以污涝同治为主要手段是试点后时期海绵城市建设纠偏的关键点之一。2023年,住房和城乡建设部办公厅、应急管理部办公厅联合印发《关于加强城市排水防涝应急管理工作的通知》(建办城函〔2023〕152号),要求“通过数字化手段加强对排水防涝设施、易涝点的智慧化监控,防范化解积水内涝风险”,进一步明确智慧化监控对防洪排涝的重要性。


广州作为国家首批系统化全域推进海绵城市建设示范城市,在海绵城市建设特别是智慧排水的探索和实践中取得了一些成效,积累了一定的经验。本文结合广州市中心城区排水管控的实践经验和成效,以广州市污涝同治、巩固治水成效的全新视角,探讨智慧排水管控,以期为进一步开展智慧海绵建设工作提供参考。



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广州防洪排涝建设现状及 海绵城市 建设发展概况


1.1  广州防洪排涝建设现状

目前,广州市流域防洪(潮)体系基本形成,广州市排涝工程基本建成以内河涌、水库为骨干,湖塘、排站、管渠相配套的排涝体系,可有效应对20至50年一遇的降雨。但鉴于全市降雨时空分布不均和“三江汇流、八口入海”的水系特点,同时短历时强降雨频发、城市高强度高密度开发、城市河道行洪排涝能力有待加强、外江水位顶托、排水系统建设及运维管理与城市发展要求不匹配等原因,广州市仍存在发生季节性、强降雨引起洪涝的风险 [5?7] 。因此,广州市运用“+海绵”理念,因地制宜规划城市治涝体系布局,加强蓝绿灰一体化海绵城市建设,强化智慧化监控,进一步提升城市内涝防御韧性。


1. 2  广州海绵城市建设发展概况

近年来,通过不断探索,广州市海绵城市建设以“划分流域,核算水账”为基础,以“建立安全韧性、绿色生态、人水和谐、集约节约、幸福宜居、智慧人文的海绵城市”为目标,以“上中下游功能区协调、大中小海绵系统结合、灰绿蓝设施交融提升”为技术思路,以“污涝同治”为主要手段,运用“+海绵”理念,通过空间规划、排涝、排水和管控分区划分、项目全过程等落实海绵管控,重点推进“合流渠箱清污分流”和“排水单元达标”建设,解决管网关键节点问题,系统化全域推进海绵城市建设。主要工作进展包括:


1)构建市、区级管理组织架构和专职机构,成立以市长为组长的市海绵城市建设领导小组,为推进全域海绵城市建设工作提供了组织机构保障(见图1)。2)建立较为完善的海绵城市建设制度体系,自2014年印发《广州市建设项目雨水径流控制办法》以来,广州市先后颁布了法规、政府规章、技术及标准体系等90余项,保障了海绵城市建设有法可依、有章可循。3)注重规划引领,完善“(1+12+12+N)+X+Y+Z”海绵城市建设规划体系建设,构建“流域-片区-建设项目”的多级管控体系(图2)。4)全市所有新、改、扩建项目落实建设项目海绵城市建设全过程管控,建立建设项目“前期阶段开展洪涝安全评估、设计阶段设计海绵专篇、验收阶段开展建设效果评估”机制,保障海绵城市建设成效。


  

图1 广州海绵城市建设领导机构及市区两级

联动协调机制

  

图2  广州海绵城市规划体系


2023年5月,广州14条治水经验被住房和城乡建设部梳理并公开,“广州治水”成效显著,广州城市水安全系统韧性初步构建。



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广州智慧排水的发展概况


2. 1  广州市智慧排水系统

市政排水(雨、污水)管网建设、运维水平与城市  发展要求不匹配,是影响水环境质量、水安全的主要原因之一 。将绿色基础设施与传统灰色基础设施相结合,配合蓝色设施水位合理调度,提高管理水平解决现有排水系统诸多缺陷问题,是解决内涝问题的有效路径。而智慧排水的核心作用,是在已建的排水系统、设施的基础上,实现内涝防控和溢流污染削减效果的最优化 [8?9] 。为贯彻落实《关于加快推进新型城市基础设施建设的指导意见》(建改发〔2020〕73 号)要求,广州构建“户(源)-网-厂-河”一体化智慧排水管理系统:基于物联网技术构建物联网感知层,借助广州市电子政务云平台建立基础设施层,利用广州市水务一体化平台数据构建数据资源层,构建排水全过程管理、排水防涝、辅助日常联合调度、决策支撑等相关应用的应用系统层,最终形成“ 四中心+三平台+ 一张图+视频会商”一体化排水管理体系。


目前,广州市智慧排水系统已初步实现“排水设施全覆盖管理、城市内涝全周期管控、设施运行全时效监控、联合调度有模型辅助”的“三全一有”排水智慧化管控体系,强化海绵城市建设信息化管控,提高城市韧性软实力:1) 排水设施管理实现从源头到末端排水设施、城乡排水设施和市、区各级排水管理机构和一线巡查人员“三个全覆盖”,基本实现“家底清、情况明”。2) 城市内涝全周期管控,雨前管网清疏和签到布防,雨中监测预警和事件处置,雨后一雨一报,基本实现“早布防、快处置”。3) 鉴于排水管网监测对设施运行状态识别的重要性 [10?11]  , 通过布设约 4200个排水物联监测站点,构建排水物联全面感知体系,快速识别内涝积水及排水设施运行状况。4) 利用模型进行预测,实现排涝泵站“雨前预排预泄”、管网健康问题排查和评价、城市内涝预报预警,提高防灾避险能力。


2. 2  智慧排水“ 管养通”系统

广州水投集团聚焦广州市中心城区公共排水设施运维,借助地理信息系统、感知监测网、物联网、移动互联网等现代信息技术,打造业务联动、实时监测和辅助决策功能的现代化“智慧排水+”综合管理平台—“管养通”系统 。该系统于2019年4月投入使用,服务范围覆盖广州市中心城区[白云、天河、越秀、荔湾、海珠、黄埔(老城区)、大学城)],服务面积约1201km , 目前系统用户人数约3000人,年度使用 50 万人次,工作日日均使用1800人次。系统应用成果作为广州治水经验之一,在2023年5月被住房和城乡建设部梳理并公开,供各地学习借鉴。


2. 2. 1 “ 管养通”系统架构

“管养通”系统采用基PC端和管养通APP双平台的智慧排水系统管理模式,实现自我校核与智慧化管理统一。后台系统采用SOA架构,在服务之间定义统一的接口和契约,有利于系统的扩展性和兼容性。后台框架采用J2EE框架Spring Boot和Spring MVC,MVC架构具有模型(model)-视图(view)-控制器(controller)三层分层,能方便实现前后端分离。基于GIS并根据不同的功能业务需求选择相应数据库(MYSQL、Redis、SDE、Elasticsearch) 


2. 2. 2  系统应用成效

1) 坚持源头治理,做好排水单元全闭环监管。


基于物联网技术,实现广州市中心城区两万多个 排水单元在地理信息系统(GIS) 上展示,实现排水单位监管全覆盖。一线巡查员可通过APP实时查询所 在位置排水设施数据、图纸等基础信息,并通过APP进行排水单元现场监管全过程记录,实现排水单元监管“发现问题-问题流转-问题整改”全闭环管控(图3)。系统上线后满足对中心城区所有排水单位开展每年1~2次监管频次要求。


  

图3 排水单元全闭环监管机制


2) 公共管网数据动态更新和维护,实现排水设施数据“及时改、随时查、实时诊”。


在“管养通” 系统,已有的公共管线数据可通过CAD竣工图纸转换、现场人工修正、测绘单位补测等方式分步完善、更新;新、扩、改建管网数据在建设过程中同步更新,实现排水设施数据动态更新“及时改、随时查、实时诊”;管网更新可每季度全覆盖一轮。截至2023年7月31日,排水管网数据完善更新至约27000km,管线长度较2018年市普查数据入库的管线数量翻了1番。


3) 物联网实时监控,精准发现问题、解决问题。


市政管网安装527个液位计、40个雨量计,配合人工检测水质情况,通过对监测点水位偏离情况进行 监控,分析管网运行状态和溯源,精准发现问题、解决问题。如发生管网塌陷报警,系统监测到管内液位超限情况后,自动发出短信报警;专职人员通过系统查看进厂浓度、系统液位曲线变化等情况,初步判断评估警报区域现场情况并在系统上定位;抢险队伍迅速开展现场排查确定塌陷地点;专职人员通过系统协助向上溯源,分析受影响区域,配合开展抢险工作。


4) 排水全要素一张图,排水系统设施可视化管理,助力提质增效。


通过“主视图-污水系统图-片区图”三级视图展示排水设施,实施以“污水系统为单元的片区化”管理模式,管内液位分“蓝色-橙色-红色”三级预警管理,排水地理信息系统(GIS)在线监测实现全覆盖,监测数据实时更新,辅助评估管网健康状况,助力提质增效工作。通过全面掌握以污水处理系统为单位的排水管网运行状况,配合“查外水、挤外水、急修复、改混接、强养 护”等措施,猎德污水处理系统内污水处理厂进水闸水位逐年下降,排水管网水位下降,污水处理厂进水浓度提升约 45% ,提质增效初见成效 [12] 


5) 防内涝抢险调度,大幅缩短内涝应急抢险响应到位时间,水浸点处置效率全面提升。


应急预案提前在系统配置完成,当启动预警时可实现快速相应,语音通知落实到人,强化指令执行时效性;内涝现场全程在线可视化,语音下达指令,实现实时现场调度;利用中心城区“点-线-面”内涝应急布防体系,根据队伍配置和距离情况,实现调度决策智能化 。通过系统应用及构建新型内涝应急管理模式,实现内涝点“发现-调度-处置”全闭环管理内涝应急抢险响应到位时间从2019年平均耗时63min 大幅下降到2022年的30min , 一般水浸点通常1h内处置完成,比较严重的情况通常2h内处置完成,平均处置时间减少约50% [13]  , 提高了广州市中心城区排水保障及内涝应急抢险能力。


6) 建立排水片区精细化管理模式,提高排水设施运维水平。


以“小切口、大治理”为原则 [14]  , 将中心城区13个污水系统划分为43个片区,各片区设立77个管网水质检测考核点,构建以片长为核心、巡查员为抓手的片区运维体系。根据考核点水质、满管率等管控指标,统计分析各片区污水收集效能并排名,实行常态化考核的同时,建立有效的激励机制,提高排水设施运维的精细化管理水平。


“管养通”系统投入运营后实现:1) 中心城区排水设施、及其在线监测全覆盖 。2) 业务链条全覆盖、巡检、清疏、维修等运营业务网办率100% 。3) 污水处理效能实现“三升一降”(污水厂进水水量、进水浓度、污染物消减总量提升,排水管网泵站能耗下降), 助力提质增效工作。据统计,2022年中心城区进水COD、BOD、氨氮平均浓度分别为219,115,20.7 mg/L,  对比2019年分别增长18.15%、11.09%、15.64%;平均满管率为52.98%, 相比2019年下降21. 40% , 管网运行状态更为健康。广州水投集团管理截污闸开闸次数,2021年同比2020年平均每场降雨开闸次数减少13次,中心城区降雨期间截污闸溢流污水量减少410万t。猎德、西朗污水处理系统提质增效工作经验被国家住房和城乡建设部定为全国水环境提质增效典型案例之一,在全国推广示范。


  

图4 公共管线数据建设与动态更新机制



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结论


海绵城市建设的综合化和智慧化是必然趋势,并将与物联网、水文水质监测系统、气象预警系统、地理 信息系统和智慧水务系统等实现互联互通 [15] 。智慧排水是智慧海绵的重要组成部分,智慧排水的基础则是已有的排水系统、设施。排水系统的提质增效是城市水环境治理、水安全保障的关键。广州以“污涝同治”为主要手段,巩固治水成效的同时,扎实推动海绵城市建设。同时,建议新建成区全力推进海绵城市建设,老城区结合内涝治理,全力推进排水单元达标工作的同时,遵循“统建统管,以需定供,以用促建,效益导向,分期建设”原则,推进智慧海绵城市建设,进一步推进智慧排水管网建设,补充完善智慧河湖大海绵建设。



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