基于物联网的重庆市智慧排水建设体系探讨

罗茜平 何宗苡 景袁媛

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆 401120）

排水管网是城市基础设施的重要组成部分，具有保证城市正常运行、保护环境和城市减灾等功能[1]。重庆城市排水面临适应经济新常态以及气候变化的挑战，面对“生态文明建设”“海绵城市”等规划推进力度增强、“云物移大智”技术应用日益广泛、提高运营决策效率需求更加急迫的发展环境，需要利用智慧排水建设提升城市韧性，促进城市高质量发展，建设具有重庆地域特色的智慧城市。重庆市住建委于2020年3月印发的《关于统筹推进城市基础设施物联网建设的指导意见》明确，截至2025年，排水管网的发展重点为“物联网+智慧排水”。为进一步建立独具重庆特色的集约高效的智慧排水系统，基于物联网的智慧排水系统搭建成为行业近期研究的热点和重点。文章总结重庆市主城区排水现状，分析排水系统建设需求，提出智慧排水系统建设重点，为其他区域的智慧排水系统建设提供参考。

1 重庆市主城区排水系统现状

1.1 降雨时间、空间特征差异明显

重庆属于多雨地区，受地形条件和西南低涡影响，易发生短时强降水，具有雨峰靠前、雨型急促等特征，易发生内涝。重庆市超过80%的降雨集中在春夏两季，夏季降水量最多，时空特征差异明显[2]。重庆市降雨大致呈现从东北向西南逐渐递减的趋势，短时强降雨的高频中心主要分布在西部、东北部，空间特征差异明显。

1.2 地形起伏大、地貌复杂

根据重庆市地理信息中心统计数据，分析主城区土地利用的坡度分布特征发现，高强度土地开发主要集中在平坦和缓坡区域，低强度土地开发主要集中在陡坡区域，建设用地主要集中于坡度0～6°的较平坦和缓坡区域[3]。重庆市地形地貌复杂、地势较破碎且起伏大，道路重力流排水系统无法集中排放，导致主城区排水系统呈分散、割裂特征。

1.3 下垫面污染负荷较高

重庆地形具有起伏大、产流快、冲刷强的特点，暴雨径流下，流域产汇流水文过程迅速发生、迅速消退的特征更加明显，暴雨初期的下垫面冲刷效应更显著。相似的降雨条件下，与平原城市相比，山地城市交通干道降雨径流携带TSS和COD污染负荷的比例比提高16%、22%[4]。

1.4 排水系统管理需优化

城市排水管道建设方面，主城建成区排水管道密度达13.94 km/km2、污水处理率达98.17%，处于全国较为领先水平[5]。管道运维管理方面，市级层面主城区域已建成重庆市排水防涝大数据中心，沙坪坝和两江新区已建成智慧管理平台，其他区域处于积极建设阶段。现状建设条件下，可能存在发生城市排水不畅、雨污混流等问题。

（1）排水管网运维能力需提高。

目前，管网检测、漏损修复、普查等工作难以满足运维需求。缺乏预警机制，管理人员对潜在的管网问题难以提前发现和预警，难以实现管网的动态监测，无法预测并及时控制潜在风险。排水管网及附属设施维护管理的质量标准、考核办法和考核原则需要进一步完善。

（2）排水管网系统管理有待加强。

规划建设、运维管理等方面，排水系统未充分考虑“一张网”的整体规划与设计。市场机制运用不充分造成城市排水管网的建设和运管水平与城市高质量发展需求不匹配。

（3）排水感知体系亟须健全。

大部分排水管线暗敷于地下，可以通过排水管网数据库掌握其结构状况和功能状况等静态信息，但还无法直观掌握其实时运行状况，如运行水位、流量、水质指标等。

（4）平台建设需实现“数字化”到“智慧化”。

智慧管网平台数据标准不统一，数据分析和资源整合能力不足。无人值守泵站改造过程中，原有调度中心不满足三级调度指挥要求。智慧管网平台的数据分析和决策支持的能力有待提高。

2 重庆市智慧排水系统建设需求

智慧排水建设程度是评价城市管理信息化水平的重要标志，上海、广州及深圳等城市均已建成排水信息管理系统。受特殊的自然条件影响，重庆市排水系统十分复杂，对智慧排水系统的建设需求更迫切。

2.1 系统构建背景分析

2012年至“十四五”期间，国务院、国家发改委、住房和城乡建设部等部门陆续印发倡导智慧水务行业的发展策略，内容涉及智能供排水和污水处理系统等内容。重庆作为西部地区的核心城市，为了实现高质量发展、建设科学合理的重庆排水系统，出台了推进智慧排水的文件。2021年3月，市住建委发布《2021年城镇排水与污水处理工作要点》，强调加快“物联网+智慧排水”系统建设，推进重庆市排水系统管理由经验管理、人工管理向智慧化管理转变。

2.2 支持重庆市排水行业高质量发展

截至2035年，与2019年相比，重庆雨污水干管长度分别增加54.4%、45.7%，排水系统的发展逐渐由“量多”转向“质高”。排水系统逐步实现可持续运营，以满足生态文明建设需求，实现排水管网精细化管理，在“厂-网-体化”的基础上，实现“源-网-厂-河”的系统化运作，为城市的健康发展提供保障。

2.3 服务型政府建设的重要内容

重庆市需要建成面向水务管理人员及公众的统一服务体系，建设排水信息门户网站、智慧排水综合信息服务系统以及排水决策服务子系统，促成管理高效化、科学化、信息透明化。同时，需充分考虑智慧城市与其他水务信息化、政务信息化平台的对接，实现城市智慧水务的综合调度和统一指挥及信息共享。

3 重庆市智慧排水系统构建重点

3.1 完善排水系统监测网络

监测网络是智慧排水系统感知层的核心，能够获取城市排水系统中的信息，实现智慧排水的全面感知识别、信息获取和采集，为智慧排水系统的运行维护、预警决策及规划建设等提供数据支撑。

监测网络系统总体设计需充分考虑重庆市山地城市排水系统特点，结合区域现状情况设计[6-7]。重庆地形地貌复杂、地势较为破碎且起伏大，重力流排水系统无法集中排放，排水系统割裂；地形起伏大导致排水管道敷设方式多种多样，架空敷设方式较常见，部分地下管道埋深大，使提升泵站分布广泛，地质条件多变导致“大挖大填”现象，排水管道在竖向易发生不均匀沉降；城市道路纵坡大，陡坎梯道多，排水管渠系统流速及上下游落差大，跌水、消能构筑物应用多，雨峰靠前、雨型急促，短时易形成暴雨或强降雨，使排水系统压力大。

基于重庆城市排水系统的特点，智慧排水监测网络布置、数据感知获取与平原地区存在较大差异。重庆排水系统较为割裂，监测网络呈现空间分散、种类繁多的特点，布点复杂；与埋地敷设相比，管道架空的检修较为困难，存在管道不均匀沉降现象，严重时可能导致管道错位、污水外漏现象，管道架空敷设、易发生不均匀沉降处需增加监测布点；跌水、消能检查井在重庆应用广泛，管道内水流冲击大时，易形成沉积，跌水、消能构筑物处应增加监测布点；排水系统的隧道、涵洞多，管道低处易产生积水，隧道在暴雨季节易发生内涝，关键隧道、涵洞处应增加监测布点。

重庆主城区面积广、子流域多、排水分区复杂、管理体制多元化，排水监测网络布设宜采取“统筹规划、分步实施，各区分工负责”的建设模式。完善主城区排水系统监测网络，可以一定限度地解决主城区雨污混流、溢流污染等问题，是持续深化重庆市污水提质增效、厂网一体的重要途径。

3.2 排水系统模型仿真

结合重庆市的地形特点、长江和嘉陵江防洪堤的总体布置，排水系统模型以主城区5个排水组团为边界，可以划分为72个子流域，流域总面积5 882.88 km2。各区的排水系统模型在遵循“共享与标准统一原则”的基础上，各自建设，避免形成各区系统相互剥离、数据库标准不统一的局面。

获取各区的基础监测数据，梳理确定各片区主要污染负荷类型及空间分布特征，构建流域内排水管网系统的拓扑结构以及污染源、排水系统（网-站-厂）与受纳水系间的空间拓扑关系，从而确定主城区排水系统“产-汇-排”的路径。同时，通过模拟运算对各种规划条件、情景工况下不同方案的预期结果进行快速反映和评估，为制定切实可行的管理策略和发展规划提供参考。

重庆主城区排水流域统计如表1所示。

表1 重庆主城区排水流域统计

4 结语

智慧排水是未来智慧城市建设的重点。通过构建智慧排水系统，实现城市排水“一张网”、运行维护高效化、预警决策智能化、规划建设更优化及行政管理集约化，可为重庆市打造新型智慧城市、提升气候变化抵抗能力、加强重大公共事件等外部冲击韧性提供技术支撑。社会科技处于快速更新迭代阶段，重庆市智慧排水系统的建设需在实践中不断深化、完善和成熟。