长春市城市水文监测应用平台建设初探

孙兴勃 赵祺

摘 要：随着城市化进程加快，作为吉林省省会城市，长春市已经成为吉林省人口较密集地区，城市防洪标准偏低，城市水文工作基础薄弱，与城市快速发展不相适应。目前，长春市汛期内涝积水严重，对城市发展、人民生活、社会秩序等方面都造成不同程度的干扰；水生态系统已经不同程度地受到人类的破坏。通过本项目的建设，初步构建城市水文监测站网，搭建城市水文综合应用平台，做到实时监测城市积水信息并提供预报数据，为城市交通和民众出行提供依据，提醒出行人员及时绕开积水路段，减少人员伤亡和财产损失；同时实现对水环境、水生态进行实时监测、预报、预警，为水环境污染治理提供决策支持，为构建生态城市、智慧城市提供基础。

关键词：城市水文；城市防洪；水生态；长春市城市水文监测应用平台

中图分类号： 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160431077

1 长春市城市防洪和水生态现状

在全球气候变化影响下，长春市等许多北方城市近年来也不断遭遇暴雨等极端天气灾害。2010年8月19日长春市城区2h降雨达到114mm，城区多处积水深达1m以上，城市交通几乎全面瘫痪。频发的暴雨及其带来的严重内涝对城市发展、人民生活、社会秩序等方面都造成不同程度的破坏，引起了社会的广泛关注。根据长春市政府公布的资料以及现场调查情况，长春市内涝积水点共计53处，其中严重积水位置20处，较严重积水位置19处，下卧式桥涵14座。

随着城市化进程的加快，长春市水生态系统受到不同程度的破坏，作为长春市主要水系的伊通河污染严重，自由大桥以下河段的水质均超过V类标准。市区南湖水体有机污染较重，富营养化程度较高，水质类别属IV类，个别项目超V类。城市生活污水处理能力不足。

2 平台结构

长春市城市水文监测应用平台包括信息采集系统、数据汇集及应用支撑平台、综合数据库、业务应用系统、专题研究等几部分组成，总体结构如图1所示，现对各部分组成及相关软件功能介绍如下。

2.1 信息采集系统

长春市城市水文监测应用平台信息采集系统包括雨情信息采集系统、蒸发量信息采集系统、城市水文信息采集系统、城市排水信息采集系统、水生态信息采集系统和地下水信息采集系统。

2.1.1 雨情信息采集系统

本次项目建设的雨量站网将能控制城市暴雨的空间变化，满足城市不同区域计算地面径流量的需要。雨量站使用自动遥测雨量计，主要由翻斗雨量计和水文水资源测控终端机组成。根据城市水文的特点，本次项目将设立杆式雨量计。

根据城市类型和城市所处的地理位置布设降水量站，长春市属于大型城市，按照8～10站/100 km2的密度目标，结合原有10处自动雨量监测站，规划建设61处自动雨量站。

2.1.2 蒸发量信息采集系统

收集城市蒸发长系列资料，建设蒸发量信息采集系统。根据城市类型布设蒸发站，长春市属于大型城市，新建2处蒸发站。

2.1.3 城市水文信息采集系统

在发生暴雨时，城市道路、洼地积水深度≥30cm的地方布设城市水文信息采集点。本次建设的城市水文信息采集站将采用雷达式水位仪，并配备视频监控及LED诱导屏、触摸一体机等。实现对城市积水信息的实时监测、预警、提醒。

根据长春市实地勘察调研，新建53处城市水文信息采集站，包括严重积水位置20处，较严重积水位置19处，下卧式桥涵14座。

2.1.4 城市排水信息采集系统

根据《城市水文监测与分析评价技术导则》进行站网布设。本次建设将采用全智能固定式雷达测量系统，通过非接触雷达测流方式，实现无人值守站点的流量自动监测。

根据长春市实际情况，在长春市伊通河、新凯河、永春河、小河沿子河设立4个城市排水监测断面，基本控制长春市城市排水信息。

2.1.5 水生态信息采集系统

根据城市经济社会发展、水生态文明建设等需要，在城市主要供水、景观、河道、湖泊以及周边的湿地等布设城市水生态站。本次建设将采用浮子式水位计和多参数水质分析仪采集实时水位和水质信息。

根据长春市实际情况，在长春市主要景观和湿地建设水生态监测站，包括石头口门水库、新立城水库、净月潭水库、八一水库、南湖、雁鸣湖、北湖湿地、友谊公园湖等8处水生态信息采集点。

2.1.6 地下水信息采集系统

本次项目建设的地下水站网布设将能满足地下水动态监测与分析、地下水资源科学评价、合理开发利用、生态与地质环境保护的需要。

目前在长春市已经建设了43眼地下水监测井，本次项目拟建15眼地下水专用井，包括11眼深井，4眼浅井。

2.2 数据汇集及应用支撑平台

2.2.1 数据汇集平台

基于应用支撑平台的运行环境开发一套统一的雨情、城市水文信息、蒸发量、城市排水信息、地下水、水生态信息汇集系统。通过组件配置方式灵活的完成业务数据类型的添加，全面完成雨情、城市水文信息、蒸发量、城市排水信息、地下水、水生态信息等实时信息的数据汇集。

2.2.2 应用支撑平台

应用支撑平台将采用分层设计方法，将应用支撑平台划分为系统资源服务、公共基础服务和应用服务3个层次，主要实现数据转换服务、统一用户管理、基于消息服务的数据交换、数据库维护管理、信息发布、图表工具、门户框架、GIS服务等功能。

2.3 综合数据库

本次建设重点为实时雨水情数据库、蒸发量数据库、城市水文数据库、城市排水数据库、水生态数据库和地下水数据库等。

数据库设计内容包括：数据库建设的范围和内容，确定该类数据库资料收集的范围和要素内容，需要入库级别；定义数据入库、更新和维护机制。

2.4 业务应用系统

业务应用系统最终基于数据汇集平台、数据库及应用支撑平台，形成城市防洪应用、生态水文应用、综合信息服务系统及移动应用系统，业务应用系统功能结构如图2所示。

2.4.1 城市防洪业务应用系统

城市防洪业务应用系统最终实现实时监视、洪水预报、会商支持等功能。

2.4.1.1 实时监视

在实时雨水情信息的基础上，对其进行统计分析，更好的为决策者提供有效的支持。

2.4.1.2 洪水预报

构建适合于长春市的城市洪水预报模型，包括产流预报、汇流预报和城市洪水预报模型等，并能够进行城市洪水预报。

2.4.1.3 会商支持

能够自动准备各种会商资料、挂接各种业务文档、进行灾前预评估、对预案进行标绘，构建会商环境，为领导决策提供数据支持。

建设效果如图3所示。

2.4.2 生态水文业务应用系统

生态水文业务应用系统最终实现实时监视、水质评价、水质预测预报、会商支持等功能。

2.4.2.1 实时监视

实现对人工、自动监测站点的水质监测数据的查询、统计以及变化趋势的分析，对水体水质类别进行评价、分析其营养状态，并对水体的水华情况进行风险评估，供相关人员及时掌握本市水质状况。

2.4.2.2 水质评价

水质分析评价系统主要是实现对采集的水质数据进行审核、评价和统计分析等业务工作。

2.4.2.3 水质预测预报

针对长春市实际情况，水生态主要为景观水，构建针对藻类的预测预报模型，能够对水华进行预报，为水生态恢复提供支持。

2.4.2.4 水质会商支持

通过会商支持系统能够自动准备各种会商资料、挂接各种业务文档、水质结果模拟、对预案进行标绘，构建会商环境，为领导决策提供数据支持。

2.4.3 综合信息服务系统

综合信息服务系统包括监视告警、城市水文产品发布服务、城市水文产品展示、综合信息查询等功能。

2.4.3.1 监视告警

基于GIS地图进行实时雨水情监视，对超过告警阈值的信息在地图上进行告警显示，包括地图闪烁、声音告警、文字颜色变化等多种方式显示。

2.4.3.2 城市水文产品发布服务

通过本系统的建设，为客户提供标准化的水文信息服务产品，满足用户的业务需求。根据用户的业务职责和实际工作需要，定制业务用户和社会公众经常用到的各种水文产品。

2.4.3.3 城市水文产品展示

能够对制作好的水文产品通过列表、地图、图形等多种方式进行展示。

2.4.4.4 综合信息查询

综合信息查询包括普通检索、全文检索、全词匹配、排序方式、排列方式、发布日期、返回记录、常用搜索词列表等多种查询方式。

2.4.4 移动应用系统

通过移动应用系统，能够推送告警信息、查询雨情信息、积水信息、水生态信息、地下水信息、气象信息、通知公告、测站信息等城市水文相关信息。通过系统能让领导和广大水文、防汛工作人员及社会公众随时随地了解实时城市水文信息，为城市防洪、现场指挥等提供更有效、更专业的水文信息查询服务。

3 结语

城市防洪是涉及国计民生的大事，本工程建成后，能及时全面地了解城市积水、城市排水、水生态等信息，能及时准确地作出暴雨、城市洪水预报，能够提醒出行人员注意，从而减少因为城市积水产生的人员伤亡。

通过本项目的建设，能够使城市水文工作从传统工作方式向现代化迈进一大步，能够促进水利信息化的发展，无论对社会效益还是经济效益都将产生积极的影响。