在全球气候变化加剧、降雨时空分布日益不均的背景下,城市排水系统面临严峻考验。海绵城市建设通过滞、蓄、渗等措施,有效削减地表径流、减轻城市排水系统压力,显著缓解了内涝问题,改善了水生态环境。海绵城市建设中产生的大量矢量化资料与监测数据,为排水系统的智慧化奠定了坚实基础,而智慧管理平台的构建,则进一步推动了排水系统的升级,使其具备更强的监测、预警、调度和决策能力,从而为城市的韧性发展筑牢根基。
“海绵”助力排水系统智慧化建设 海绵城市智慧管理平台的建设,为城市排水系统数据的收集和入库提供了重要契机。一方面,海绵城市建设涵盖城市绿地、透水铺装、雨水花园、下沉式绿地等设施的规划、设计、施工和运维等过程,同步产生了大量的数据,包括设施的地理位置、面积、类型、渗透能力、蓄水能力等。另一方面,海绵城市建设推动了城市排水管网的普查和更新、合流制溢流以及排水管网能力提升改造等,更新了管网的长度、管径、材质、埋深、流向等资料。此外,为评估海绵设施的运行效果和排水系统的整体性能,在海绵设施、排水管网、泵站、水体等关键节点新增大量在线监测设备,实时采集降雨、流量、水位、水质等数据,并通过物联网实时回传至智慧管理平台。上述数据统一汇入海绵城市智慧管理平台,大大丰富了城市排水系统数据库,使得排水系统的运行状态得到更全面、准确的监测和分析,为排水系统的智慧化建设奠定了坚实的基础。
海绵城市建设同时为智慧排水系统能力跃升提供了丰富的应用场景和技术支撑。在建设过程中,广泛应用物联网、大数据、云计算、人工智能等先进技术,设计排水系统的智能化感知、分析、决策和控制。依托物联网技术,连接海绵设施、排水管网、监测设备等,构建感知网络,实时感知和采集数据。利用大数据技术存储海量监测数据,有助于进一步管理、分析和挖掘数据的潜在价值。通过云计算技术,计算和存储资源,以支撑复杂模型运算和数据分析。应用人工智能,探索智能诊断、预测及自动化调度控制。这些技术的综合应用,显著提升了排水系统的智慧化水平与应对能力,有力增强了城市韧性。
数据质量制约排水系统智慧化发展 高质量数据是排水系统智慧化的核心基础,更是其智能能力有效发挥的必要前提。然而,当前绝大多数城市入库的排水系统数据质量亟待提升。在排水管网普查过程中,多数测量设备的精度有限、操作人员的技术水平参差不齐,导致部分入库管网数据存在偏差,无法真实反映现状。加之部分管网建设年代久远、档案缺失,进一步加剧了数据的完整性问题。这些缺陷使得智慧排水系统在数据分析和辅助决策时,难以获得准确可靠的数据支撑,严重制约了系统运行效能与决策的科学性。
在线监测设备的可靠性和数据质量同样面临挑战。排水管网中的雨污水通常携带大量垃圾、悬浮物,且流量波动剧烈,在线监测设备的传感器易被覆盖或堵塞,导致数据中断或失真,设备故障率增高。极端暴雨天气下,监测设备还可能遭受水淹或雷击损坏,影响数据的正常采集和传输。此外,监测数据的精度和分辨率不足、监测设备的布设点位不合理等问题普遍存在。这使得大量原始监测数据难以直接用于智能分析与决策,需耗费巨大精力进行数据清洗和校正,导致大量数据存于平台未被有效应用。
智慧排水系统需持续加强数据建设 提升数据质量是智慧排水系统的首要任务。未来应持续完善排水管网普查和更新机制,推广先进的测量技术和设备,强化人员技能培训,规范数据采集流程,以提升排水管网数据的准确性。建立统一的数据标准和规范,整合多源数据,实现数据的互联互通和共享。构建数据共享平台,打破部门之间的数据壁垒,确保排水系统数据能够在城市规划、建设、管理等各个环节中得到充分利用。
对于排水系统监测数据,需建立严格的数据质量控制体系。强化数据校验、数据清洗、数据融合等技术手段,对数据进行实时监测和处理,保障其准确性、完整性和一致性。加强监测设备的维护和管理,定期校准、维护并及时更换损坏设备,确保监测数据的稳定性与有效性。优化监测设备的布设,根据排水系统的实际运行状况和管理需求,合理增设监测点位,提升数据覆盖范围与分辨率。
未来,需持续深化数据治理、丰富数据维度、推动技术创新,加强物联网、大数据、云计算、人工智能等技术的研发与应用,赋能排水系统形成“感知—分析—决策—优化”的闭环能力,为智慧城市与韧性城市建设提供有力支撑。
李迎霞 北京师范大学环境学院教授,美国加利福尼亚大学洛杉矶分校环境工程博士。兼任美国环境科学杂志副主编、亚太科学中心研究顾问、中国环境科学学会污染源排放与管控专业委员会常务委员等。长期从事城市面源污染、雨洪管理,海绵城市规划设计、感知监测、排水系统模型模拟,流域面源污染控制研究等工作。主持及参与国家自然科学基金面上项目、创新群体项目以及地方海绵城市规划、监测、模拟项目等多项国家与地方项目。近五年在国际优秀期刊上发表了数十篇TOPSCI论文,相关研究成果在国际处于领先水平。“中国建设智库”专家。
来源:中国建设报