宏电海绵城市感知系统(SCSS)

无论是内涝防治、黑臭水体治理,还是海绵城市规划设计及建设、评估,乃至未来智慧城市的建设,都需要有全面、致密、大量的城市水文监测数据和先进模拟仿真技术作基础支撑,唯有如此,决策才有据可依,规划设计才会合理,建设过程才可追溯,实施效果才会长久。

鉴于监测数据和模拟仿真技术对于城市规划、建设、运行的重要性,深圳宏电基于新型的测量传感设备,合理布设各类海绵体监测站点,依托城市水文模拟仿真软件,通过物联网、云计算和大数据平台,构建宏电海绵城市感知系统(Sponge City Sensing System,缩写为SCSS),完成对城市水循环过程的全方位立体监控,解决“有多少水、水在哪里、往哪里去”的问题。

 

 

 

	

新型排水管网流量监测设备

 

市政排水管网是城市海绵体交互的大动脉,排水管网的有效运行和良好维护对缓解积水内涝具具有重要作用。目前城市排水管网的大部分维护工作还是以人工巡查及定期检测为主,缺乏高性价比的专用在线自动测量设备支撑。深圳宏电研制的非满管超声多普勒流量计不仅解决了排水管道内污水/雨水流量的精确测量,还可测量管底淤泥淤积厚度和管道内危险气体含量,并通过GPRS/3G/4G无线网络将测量结果发送至管理平台进行管网模拟分析,为排查管网的入流渗漏、泥浆偷排、内涝防治及运行维护工作提供量化依据。

 

合理布设各类海绵体监测站点

 

针对当前城市水文站点分布密度低、海绵城市规划设计所依据监测数据不足的现状,在城市关键部位建设一批海绵体/水文监测站点。

 

测站类型包括雨量监测站、水位监测站、地下水监测站、蒸散发监测站、土壤含水率监测站、流量监测站、水质监测站和图像/视频监测站。

 

站点功能可以进行复合,比如可复合出雨量水位监测站、水质流量监测站等复合站点类型。不组合的单功能监测站可就近联动,比如雨量监测站与土壤含水率监测站联动可评估海绵城市建设前后下渗率的改善效果。

 

所有监测数据均可接入监测分析平台,既可为海绵城市规划设计和建设提供数据支撑,又可作为海绵城市建设运行期的观测分析平台,应对海绵城市建设的量化考核。

 

 

安装布设于河道周围的水质、流量、土壤含水率、地下水位监测站点将提供河道周围区域的水分布和水循环情况,为沿河道进行的海绵城市改造设计提供支撑数据,为低影响开发对径流控制率、下渗率的贡献进行量化评估,满足住建部对海绵城市建设试点绩效考核的要求。

 

安装布设于排水管网关键节点的流量监测站点通过对非满管流量的实时精确测量,为排水管网运行模拟、入流/渗漏分析、清淤维护等工作提供数据支撑,有效改善目前依赖于人工排查所带来的效率偏低及排查遗漏问题。

 

安装布设于城市下立交和低洼路段的水位监测站,将构成更为敏感、准确的城市洪涝感知系统。

 

水位监测站通过智能电子水尺对积水水位进行实时监测,结合数值天气预报结果、附近雨量站/水位/流量站实时数据和区域地形地貌及历史水文资料,并通过RTU内置的水位趋势预测模型,对积水水位的未来演变趋势进行提前预判,为交通避险及排涝调度提供有效参考。

 

水位趋势预测模式有别于传统的阀值预警模式,注重水位的提前预测,并支持参数自校正。

 

基于模拟仿真技术的监测评估平台建设

 

海绵城市建设绩效评价与考核工作离不开市政府相关部门合作,各单位的信息化建设、数字化建设水平不一,无法提供最新最完整的城市地理信息、城市雨洪历史数据、市政排水管网信息、海绵城市建设信息等,造成这些信息的准确率和精确度不高,未能建立起一个各部门数据共享的信息发布平台,因此迫切需要建立一套海绵城市建设监测与评估平台。

 

海绵城市建设涉及多个层面、多个部门的紧密协作,构建监测评估平台,有利于海绵城市建设相关的信息标准化及共享利用,可为多部门协作提供工作平台。

 

监测评估平台所采用的模拟仿真技术核心是基于SWMM改进的分布式水文模型。平台将水文模拟仿真技术与GIS技术、Web技术和数据库技术有效结合,可根据水文、气象等历史数据对模型进行参数率定和模型优化,可完成产汇流过程分析、暴雨洪水模拟、水文效应评估等功能。

 

 

产汇流过程分析

 

城市的产汇流机制远比天然流域复杂,且城市排水系统内具有多种水流状态,包括重力流、压力流、环流、回水、倒流和地面积水等。

 

平台软件采用水文学和水力学相结合的方法,充分利用数值模拟技术,开发出了能够模拟复杂流态的城市排水系统的数学模型。根据预报的降雨过程,利用研制的模型模拟和预测城市地面的积水过程,以满足城市防汛减灾工作对水情和涝情预测计算的要求。

 

城市雨洪产汇流计算是城市雨洪模拟的关键和基础,主要包括城市雨洪产流计算、城市雨洪地表汇流计算和城市雨洪管网水流计算三个软件子系统。

 

城市雨洪模拟功能

 

城市雨洪模拟部分的软件主要包括数据收集与处理模块、城市雨洪计算分析模块和成果输出与综合可视化模块三大类。基于暴雨洪水模拟结果,平台可提供内涝预报预警服务。

 

决策部门(或用户)可通过平台电子地图查看积水点分布信息(根据险情状况等级显示为不同的颜色),支持在电子地图上直接查看各积水点的实时水位、雨量数据、图像定时抓拍信息,并可对监测点进行远程图像抓拍及视频召拍,支持本地存储和实时上报可选。

 

平台还支持现地声光报警及LED预警信息发布,支持预警信息至移动APP终端的发布和推送,可通过手机查看易涝点实时雨量、水位和图像/视频信息。

 

城市水文效应评估功能

 

基于各类海绵体监测站的监测数据和流域尺度生态水文模型,平台可从以下方面评估城市水文效应:

 

城市化对城市地区水循环过程的影响,包括城市下垫面条件改变造成的蒸散发、降水、径流特征变化。

 

城市化对洪涝灾害的影响:地面硬化、城市河道渠化及排水系统管网化对产汇流和行洪通路的影响评估,城市热岛效应、阻碍效应和凝结核效应对降雨特征的影响评估。

 

城市化对水环境生态系统的影响,包括城市化对地表水质、地下水质和城市生态系统的影响及对水土保持的影响。

 

城市化对水资源的影响,主要为用水需求量的增加以及由于污染而造成的水资源短缺。

 

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宏电海绵城市感知系统及监测评估平台用于海绵城市建设、城市内涝监测预警、城市水文监测系统等信息化工程及科研项目,保证了海绵体监测数据的效用最大化,将高效有序地推进城市水文系统和生态环境的改进,保证海绵城市建设的效果。