水位监测信息系统在排水管网管理中的应用.pdf

水位监测信息系统在排水管网管理中的应用雷景峰(上海三高计算机中心股份有限公司,上海 200092)?摘?要:?通过排水管网水位监测信息系统的建设,掌握排水管网的实时运行状况,辅助调度决策,评估排水管网的日常养护效果,能够为应急防汛提供预警,减少因排水管网隐蔽性导致的管理决策盲目性,提高排水管网的现代化科学管理水平。?关键词:?排水管网;?水位监测;?应急防汛;?调度决策;?排水养护中图分类号:TU992?文献标识码:C?文章编号:1000-4602(2010)20-0045-04Application ofW ater?levelM onitoring Syste m toM odernM anagementofDrainage Syste mLEI Jing?feng(Shanghai 3 H Computer Center Co.Ltd.,Shanghai 200092,China)?Abstract:?W ater?levelmonitoring system of drainage system contributes to understanding the real?ti me operation status of drainage syste m,helping the dispatch decision and evaluating the routinemainte?nance effect of drainage system.The syste m can provide early warning for emergency flood contro,l re?duce the blindness ofmanagement decision due to the concealed nature of drainage system,and i mprovethemodern scientificmanagement level of drainage system.?Key words:?drainage syste m;?water?levelmonitoring;?emergency flood contro;l?dispatch de?cision;?drainagem aintenance?城市排水系统是城市建设、环境保护、防洪排涝的重要基础设施,关系到社会经济稳定发展和人民生活的安定,在保障城市发展和安全运行中发挥着重要的作用。随着城市化的迅速发展,城市排水管网系统越来越复杂、越来越庞大,对排水管网的运行管理、养护管理、应急防汛和科学决策等提出了越来越高的要求。但由于在管网的运行管理上缺乏掌握排水管网真实运行状况的技术手段,在养护管理上难以评估排水管网的日常养护效果,在排水管网的水力分析和管理决策上缺少必要的数据支持,遇到紧急情况无法依据实时变化信息以制定相应的应急措施,依靠传统的管理手段已越来越不能满足排水管网的现代化管理需要。为此,提出通过水位监测信息系统的建设,提高排水管网的运行管理水平。1?水位监测信息系统建设的必要性1?1?排水管网规划建设存在不足随着城市化的迅速发展,某些区域雨水管网的规划设计与建设由于历史的原因存在先天不足,而这些先天不足有时很难通过管网改造弥补,中心城区许多道路下面的各种管网错综复杂,地下也已经很难提供管网的扩容空间,因此只有通过强化管理手段来提高区域排水能力。1?2?城市化发展导致雨洪灾害频发随着城市化进程的加快,城市规模不断扩大,城市区域内不透水地表面积的增加致使城市雨水径流总量与峰值流量增大,汇流速度变快,洪峰出现时间提前,使得城市内涝的排蓄条件不断恶化,道路积水问题频繁发生,严重阻扰了城市交通,干扰了社会生?45?第 26卷?第 20期2010年 10月?中 国 给 水 排 水CHI NA WATER&WASTEWATER?Vo.l 26 No.20Oct.2010活秩序。此外,城市 热岛效应!诱发的 雨岛效应!使得城市区域内遭受暴雨的几率和强度增大,更加大了洪涝灾害的发生几率,目前普遍存在城市暴雨灾害已成为现代城市发展进程中的一大公害。1?3?应急决策缺乏管网运行数据支持上述原因造成排水管网应对突发事件的能力严重不足,因此在城市暴雨内涝应急指挥工作中存在以下问题:难以及时准确地获得发生暴雨内涝时管网运行预警信息;#难以制定出不同等级雨情下科学的应急预案;无法依据区域全局的管网运行情况合理指挥局部内涝漫水区域的排水应急抢险工作。1?4?排水管网养护管理缺乏有效的监测技术手段许多地区排水体制是合流制与分流制并存,部分排水系统存在雨污混接现象,并缺乏监测雨污混接状况的科学手段。由于晴天污水流速较低,导致混接的雨水管网淤积严重,有的管道甚至堵塞大半过水断面;城市建设节奏的加快,有的建筑工地建设垃圾排放也会堵塞排水管网。然而由于地下管网的隐蔽性,日常养护人员缺少有力的工具方便地发现问题管段和乱排垃圾的用户。目前,排水管网的养护管理存在以下问题:难以有效评估管网的日常养护效果;#难以制定具有针对性的管网养护计划;建筑工地乱排建筑垃圾难以监控,易导致管网堵塞;%由于养护清淤不到位而易导致河道环境污染。1?5?排水管网运行调度管理相对薄弱一个完整的排水系统由排水泵站、窨井和管道组成。虽然,不少地区已经建设了排水泵站自动监控系统,泵站管理已经实现自动化和信息化,但是调度人员缺乏技术手段来掌握管网的实际运行状况。目前,排水管网调度运行管理存在以下问题:无法获得排水管网的真实运行数据;#缺乏对重要排水户的监控技术手段;缺乏排水管网运行历史和实时数据的分析技术手段;难以高效协调排水运行单位和排水养护单位的协同工作。综上所述,为隐蔽性很强的地下排水管网系统装上 电子眼!,建设城市排水管网水位监测系统,为城市排水管理者提供观察、浏览排水管网动态运行状况的全新视角,降低由于排水管网隐蔽性导致的管理决策盲目性,已经成为提升排水管网现代化科学管理的紧迫需求。2?城市排水管网水位监测系统需求分析建立城市排水管网水位监测信息系统,供运行管理、养护、监督、应急指挥等部门同时使用,通过本系统对排水管网窨井水位的实时监测、分析、预警,能较早地发现问题和解决问题,变被动应对为主动预控,变局部关注为系统监控,大幅度提高区域防汛指挥能力。同时,为更好地研究排水系统之间的互通与利用,为积水点改造工程提供比较科学的参考依据。系统设计的主要需求分析如图 1所示。图 1?城市排水管网水位监测信息系统设计需求Fig.1?Requirements analysis ofwater levelmonitoring syste mof urban drainage net work3?系统建设方案3?1?总体目标建设一套排水管网水位监测信息系统,通过与排水管网 GIS系统、排水泵站自动监控系统等信息共享,实现对排水管网运行调度、排水管网养护管理、应急防汛预警的科学管理,强化排水管网的综合管理效能,提升排水管理的公共服务水平,为改善区域生态环境作出贡献。3?2?系统总体架构城市排水水位监测信息系统基于现场数据采集、远程数据传输网络以及数据平台和应用平台的完整在线监控网络框架,集现场检测技术、网络通信技术、计算机技术和数据处理技术于一体,体现了实时监控城市排水管网运行的现代化水平。城市排水水位监测信息系统的总体架构如图 2所示。?46?第 26卷?第 20期?中 国 给 水 排 水?图 2?城市排水水位监测信息系统的总体架构Fig.2?Frame work design ofwater levelmonitoring syste m3?3?软件平台该系统采用 W indowsServer 2003作为核心服务器的操作系统,采用 Oracle或 SQL Server作为数据库服务器的数据库系统软件。数据展现和分析软件采用基于地理信息系统的数据集成和智能分析(GIS Data Integration and Intelligence,GDI)平台。GDI是一套以地理信息系统为基础,通过标准化接口整合各类与地理空间有关的业务数据,并采用标准化方式进行业务数据展示和分析的通用平台。基于 GDI平台二次开发的排水管网液位监测数据展现与分析软件,以及 B/S(浏览器/服务器)架构的优势,使排水管理的各个部门能随时随地地浏览、查询管网的运行情况。3?3?1?基本功能?图形表格界面:类似于 AutoCAD的视图显示功能,可以方便直观地对管网进行放大、缩小、点选、框选、鹰眼导航、标注显示、图块打印,还配有图层管理、区块管理和管网数据的表格显示等。#?资料查询:提供强大的管网查询功能,对管网组件、空间信息、管理资料等进行图选查询、条件查询、分级查询、量距查询,且查询结果能实现图表互查。?信息统计:对管网属性、空间位置的全部信息或满足某种特定条件的信息进行统计、分类。%?系统配置:对系统可进行个性化配置,包括用户管理、标注配置等。3?3?2?分析功能?多视角实时数据动态展现方式以表格方式展现各测点实时水位数据;以平面地图或管网拓扑图为背景,展现实时数据的分布,并以不同颜色表示管段的不同充满状况;以相关窨井的纵断图为底图,展现同一系统内各窨井的水位和相互间的水位差。#?多形式历史数据追忆水位趋势选择日期范围进行多点水位曲线展现,测点的选择可根据显示方案或使用者自由组合;同比分析同一测点在不同时期的水位变化图表;以平面地图或管网拓扑图为背景的数据现场,选择日期范围和动画的步长,动态再现实时数据和管段充满状态的变化;以相关窨井的纵断图为底图的数据现场,选择日期范围和动画的步长,动态再现同一系统内各窨井水位高程和相互间水头的变化。?多内容报警管理建立基于数据库的排水窨井水位监测管理进程,对每个排水窨井水位、同一排水系统各窨井间的水位坡降均设有一定的正常范围,若超出设定的正常范围,则认定发生了排水报警事件。此外,报警管理还包括:通信超时报警;超声波测量出错报警;超声波换能器测量装置故障报警;电池低电压报警。%?层次数据查询选择任意时间段,对单一测点或独立排水系统的数据查询和事件查询;选择任意时间段,对独立排水系统的数据查询和事件查询;选择任意时间段并任意关联多个测点,对关联测点的数据查询。3?4?硬件平台根据系统集成统筹设计的思想,信息中心采用以数据库服务器为核心的集成构架,在该集成构架中,三种服务器各司其职,分别承担通信控制、数据存储和处理以及 WEB服务等功能,构成完整的排水管网监测数据枢纽,系统硬件进行下列配置:通信服务器;#数据库服务器;WEB服务器;%核心交换机。3?5?系统网络设计系统可能涉及到排水管网运行、养护及应急防?47?雷景峰:水位监测信息系统在排水管网管理中的应用第 26卷?第 20期汛和监管的相关职能单位,如排水企业、排水管理处、环保局、水务处、河道署等,具体的网络布置根据实际情况确定。3?6?排水井液位仪排水井液位仪是一种一体化集成的现场终端,它集超声波液位传感器、高性能微处理器、大容量存储器、工业级通讯模块、特制高容量锂电池于一体,适于恶劣环境和无市电的场合,安装便捷。它采集排水管网水位实时数据,通过 GPRS公网通讯传输,性能稳定可靠,覆盖面广。排水井液位仪具有可变时间的测量间隔和通信间隔功能,测量间隔可以在 1 15 m in之间调节,通信间隔可以在 1 480m in之间调节,间隔变化的主要依据有:信息中心下传的命令;#窨井水位,在正常水位、预警水位、报警水位分别设置不同的间隔;水位的变化速率。另外,为了适应排水窨井内较为恶劣的运行环境,排水井液位仪的外壳设计考虑了防腐蚀、防浸水的要求,满足 IP68的防护等级。4?系统建设效益分析目前,该系统已经在浦东新区世博区域南面的上钢街道排水管网进行了试点应用,效益明显。?提高排水管网的排涝能力据现场勘察发现,有的 DN1 000以上的排水管道淤积堵塞了大半过水断面,实际排水能力缩减到设计能力的 1/3,造成暴雨积水严重的隐患。建立城市排水管网水位监测信息系统,通过日常的实时监测与分析,诊断排水管道积泥、管道封堵等问题,早发现、早处理、早解决,保持管道排水畅通,当暴雨季节来临时,发挥排水管道最大的排水能力,将暴雨灾害造成的经济损失降至最小,同时也节约了不必要的排水管网扩容改造工程费用,从而实现社会效益及经济效益的有机统一。#?提高排水管网管理和应急处理的效率通过对排水管网水位的在线监测和数据分析,可从全局实时掌握整个排水系统的运行状态,有效识别淤积管段,分析管道清淤效果,客观评估管道养护质量,为制定管道养护方案提供数据支持,此系统加强了发现问题的及时性、处置问题的高效性以及分析问题的科学性,为排水管网的运行调度、养护管理、排水事故分析、防汛快速响应和应急处理、排水管网改造升级以及排水管道的工程监管等方面提供了有效的数据支持,有效减少了相应行政成本与人力成本的投入。?促进排水行业的信息化建设从远期规划考虑,城市排水管网水位监测信息系统可与城市网格化管理系统、河道管理信息系统、防汛监控指挥系统等实现数据共享,进行泵管联动,网格化管理,采取行业联合、协同作业等一系列措施,实现排水管理的创新模式。城市排水管网水位监测信息系统为将来建立排水管网模型和决策支持(现状评价、运行调度)系统、实现模拟仿真、科学预测打下基础,进一步全面实现 数字排水!,以排水行业信息化来推动排水行业管理现代化。%?提升政府的公共服务水平针对排水管网子系统数量多、管线复杂、隐蔽性强的特点,建立城市排水管网水位监测信息系统是科学、有效地管理整个城市排水管网的前提和基础。城市排水管网水位监测信息系统为城市排水管网管理者提供了观察、浏览城市排水管网总体运行状况的全新视角,通过各类信息化平台的信息联动和各部门的资源共享,提升城市管理资源的执行效率。本系统建设后,能更加迅速、有效地处理各类不利于排水管网正常运行的问题。&?改善区域生态环境目前,许多城市的战略规划中一个重要方针就是环境优先的发展方针,环境优先就是把环境保护作为发展的重要任务,排水管网系统承担了收集城市雨污水的重要功能,是保护城市环境的重要基础设施,排水管网水位监测系统为排水管网装上了 电子眼!,是采用高科技手段来提升排水管网的现代化管理水平,发挥更大的生态环境效益,减少暴雨灾害时的城市面源污染,是符合生态城区战略规划的具体举措。参考文献:1?刘兴坡.排水管网计算机模拟方法及其应用研究D.上海:同济大学,2006.E-mail:jflei236 收稿日期:2010-04-26?48?第 26卷?第 20期?中 国 给 水 排 水?