基于DigitalWater的城市暴雨管理数字化解决方案探讨

基于DigitalWater的城市暴雨管理数字化解决方案探讨

赵冬泉1,2，王浩正1，盛政1，佟庆远1, 李王峰1, 陈吉宁2

（1 北京清华城市规划设计研究院环境与市政所，北京 100084，2 清华大学环境科学与工程系，北京 100084）



摘要 近年来，我国城市局地性暴雨事件频发，且来势猛、速度快、历时短、难以准确预报，常造成较严重的突发性洪涝灾害，对城市的正常运转带来较大影响。基于目前国内应对城市暴雨溢流等问题信息化管理手段的欠缺，在对国内外普遍采用的城市暴雨管理理论和技术进行总结分析的基础上开发了城市排水管网数字化管理与模拟分析平台（DigitalWater），介绍了基于该平台技术的城市暴雨管理数字化解决方案，包括辅助雨水管网日常养护、防洪预案制定、雨洪调控方案以及雨水管网改造方案的分析与评估等方面。

关键词 数字排水；DigitalWater；暴雨管理；防洪预案；雨洪调控；管网改造





2008年入夏以来，我国很多城市（包括广州、东莞、桂林、柳州等）遭到突发性暴雨袭击，造成严重的城市洪涝灾害，对社会秩序、城市功能、环境与资源等造成不同程度的破坏，给人民生活、经济社会发展和城市的正常运转带来较大影响。面对越来越频繁的城市暴雨洪灾，一个重要的问题摆在了城市的管理者面前：当5年、10年甚至50年一遇的暴雨袭来时，会对城市造成什么影响，我们将如何应对？而现行的依靠降雨时人工巡查的手段已经显得苍白无力。

实际上，计算机技术的发展，包括GIS技术、数学模型等的发展为解决上述问题提供了技术基础。早在20世纪60年代初期排水模型研究者就已经在城市排水系统模拟方面进行了研究和开发，并出现了大量的统计模型、机理模型及管理和规划模型。而真正标志着城市排水计算机建模开端的是1969-1971年由美国环保署（United States Environmental Protection Agency，简称USEPA）资助开发的暴雨管理模型（Storm Water Management Model，简称SWMM），该模型自开发后得到了广泛的应用[1-4]，且一直在不断的更新中，目前已经发展到SWMM 5.0版本[5]。在国内，20世纪70年代同济大学的杨钦就将计算机技术引入到给水管网的计算中，使大规模的管网计算和优化成为可能，但遗憾的是并没有建立类似国外SWMM的可以全面模拟城市排水系统的大型计算模型。另外一方面，对于大量复杂空间数据的管理、查询和分析技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。从本世纪60年代初加拿大的Roger F.Tomlinson和美国Duane F.Marble在不同方面、从不同角度提出了地理信息系统（GIS）概念以来，其含义与应用正在不断扩大，目前GIS已成功地应用到了包括资源管理、自动制图、设施管理、城市规划等类别中的一百多个领域。

由于城市排水管网是一个复杂的、具有隐藏性的、具有随机特征的大型网络系统，单独依靠传统的数学模型或数据库信息系统无法实现复杂大型排水管网的网络特性分析、水力特征模拟与可视化、以及相关排水业务的快捷分析和评估。在实际管理过程中，由于很多排水管网的事故处理需要及时应对。这就为城市排水管理数字化平台的可视性、现势性和便捷性提出了要求。

基于以上问题，在对国内外排水管理先进经验进行总结和研究的基础上，采用国际上流行的排水管网计算原理（SWMM）作为系统的核心计算引擎，结合国内实际应用需求设计开发了集“排水管网动态模拟计算功能与GIS空间管理分析功能”于一体的城市排水系统数字化管理平台（DigitalWater）[6]。该平台可为城市暴雨导致的一系列问题提供数字化解决方案，包括雨水管网日常养护预案制定与评估、防洪应急预案制定与现势分析、雨水管网改造方案的分析与评估以及城市暴雨积水预报等。