長春市城市水文監(jiān)測應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)初探

孫興勃 趙祺

摘 要：隨著城市化進(jìn)程加快，作為吉林省省會(huì)城市，長春市已經(jīng)成為吉林省人口較密集地區(qū)，城市防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，城市水文工作基礎(chǔ)薄弱，與城市快速發(fā)展不相適應(yīng)。目前，長春市汛期內(nèi)澇積水嚴(yán)重，對城市發(fā)展、人民生活、社會(huì)秩序等方面都造成不同程度的干擾；水生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)不同程度地受到人類的破壞。通過本項(xiàng)目的建設(shè)，初步構(gòu)建城市水文監(jiān)測站網(wǎng)，搭建城市水文綜合應(yīng)用平臺(tái)，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測城市積水信息并提供預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，為城市交通和民眾出行提供依據(jù)，提醒出行人員及時(shí)繞開積水路段，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；同時(shí)實(shí)現(xiàn)對水環(huán)境、水生態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警，為水環(huán)境污染治理提供決策支持，為構(gòu)建生態(tài)城市、智慧城市提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：城市水文；城市防洪；水生態(tài)；長春市城市水文監(jiān)測應(yīng)用平臺(tái)

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160431077

1 長春市城市防洪和水生態(tài)現(xiàn)狀

在全球氣候變化影響下，長春市等許多北方城市近年來也不斷遭遇暴雨等極端天氣災(zāi)害。2010年8月19日長春市城區(qū)2h降雨達(dá)到114mm，城區(qū)多處積水深達(dá)1m以上，城市交通幾乎全面癱瘓。頻發(fā)的暴雨及其帶來的嚴(yán)重內(nèi)澇對城市發(fā)展、人民生活、社會(huì)秩序等方面都造成不同程度的破壞，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。根據(jù)長春市政府公布的資料以及現(xiàn)場調(diào)查情況，長春市內(nèi)澇積水點(diǎn)共計(jì)53處，其中嚴(yán)重積水位置20處，較嚴(yán)重積水位置19處，下臥式橋涵14座。

隨著城市化進(jìn)程的加快，長春市水生態(tài)系統(tǒng)受到不同程度的破壞，作為長春市主要水系的伊通河污染嚴(yán)重，自由大橋以下河段的水質(zhì)均超過V類標(biāo)準(zhǔn)。市區(qū)南湖水體有機(jī)污染較重，富營養(yǎng)化程度較高，水質(zhì)類別屬IV類，個(gè)別項(xiàng)目超V類。城市生活污水處理能力不足。

2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

長春市城市水文監(jiān)測應(yīng)用平臺(tái)包括信息采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)匯集及應(yīng)用支撐平臺(tái)、綜合數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、專題研究等幾部分組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，現(xiàn)對各部分組成及相關(guān)軟件功能介紹如下。

2.1 信息采集系統(tǒng)

長春市城市水文監(jiān)測應(yīng)用平臺(tái)信息采集系統(tǒng)包括雨情信息采集系統(tǒng)、蒸發(fā)量信息采集系統(tǒng)、城市水文信息采集系統(tǒng)、城市排水信息采集系統(tǒng)、水生態(tài)信息采集系統(tǒng)和地下水信息采集系統(tǒng)。

2.1.1 雨情信息采集系統(tǒng)

本次項(xiàng)目建設(shè)的雨量站網(wǎng)將能控制城市暴雨的空間變化，滿足城市不同區(qū)域計(jì)算地面徑流量的需要。雨量站使用自動(dòng)遙測雨量計(jì)，主要由翻斗雨量計(jì)和水文水資源測控終端機(jī)組成。根據(jù)城市水文的特點(diǎn)，本次項(xiàng)目將設(shè)立桿式雨量計(jì)。

根據(jù)城市類型和城市所處的地理位置布設(shè)降水量站，長春市屬于大型城市，按照8～10站/100 km2的密度目標(biāo)，結(jié)合原有10處自動(dòng)雨量監(jiān)測站，規(guī)劃建設(shè)61處自動(dòng)雨量站。

2.1.2 蒸發(fā)量信息采集系統(tǒng)

收集城市蒸發(fā)長系列資料，建設(shè)蒸發(fā)量信息采集系統(tǒng)。根據(jù)城市類型布設(shè)蒸發(fā)站，長春市屬于大型城市，新建2處蒸發(fā)站。

2.1.3 城市水文信息采集系統(tǒng)

在發(fā)生暴雨時(shí)，城市道路、洼地積水深度≥30cm的地方布設(shè)城市水文信息采集點(diǎn)。本次建設(shè)的城市水文信息采集站將采用雷達(dá)式水位儀，并配備視頻監(jiān)控及LED誘導(dǎo)屏、觸摸一體機(jī)等。實(shí)現(xiàn)對城市積水信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警、提醒。

根據(jù)長春市實(shí)地勘察調(diào)研，新建53處城市水文信息采集站，包括嚴(yán)重積水位置20處，較嚴(yán)重積水位置19處，下臥式橋涵14座。

2.1.4 城市排水信息采集系統(tǒng)

根據(jù)《城市水文監(jiān)測與分析評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》進(jìn)行站網(wǎng)布設(shè)。本次建設(shè)將采用全智能固定式雷達(dá)測量系統(tǒng)，通過非接觸雷達(dá)測流方式，實(shí)現(xiàn)無人值守站點(diǎn)的流量自動(dòng)監(jiān)測。

根據(jù)長春市實(shí)際情況，在長春市伊通河、新凱河、永春河、小河沿子河設(shè)立4個(gè)城市排水監(jiān)測斷面，基本控制長春市城市排水信息。

2.1.5 水生態(tài)信息采集系統(tǒng)

根據(jù)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、水生態(tài)文明建設(shè)等需要，在城市主要供水、景觀、河道、湖泊以及周邊的濕地等布設(shè)城市水生態(tài)站。本次建設(shè)將采用浮子式水位計(jì)和多參數(shù)水質(zhì)分析儀采集實(shí)時(shí)水位和水質(zhì)信息。

根據(jù)長春市實(shí)際情況，在長春市主要景觀和濕地建設(shè)水生態(tài)監(jiān)測站，包括石頭口門水庫、新立城水庫、凈月潭水庫、八一水庫、南湖、雁鳴湖、北湖濕地、友誼公園湖等8處水生態(tài)信息采集點(diǎn)。

2.1.6 地下水信息采集系統(tǒng)

本次項(xiàng)目建設(shè)的地下水站網(wǎng)布設(shè)將能滿足地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測與分析、地下水資源科學(xué)評價(jià)、合理開發(fā)利用、生態(tài)與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的需要。

目前在長春市已經(jīng)建設(shè)了43眼地下水監(jiān)測井，本次項(xiàng)目擬建15眼地下水專用井，包括11眼深井，4眼淺井。

2.2 數(shù)據(jù)匯集及應(yīng)用支撐平臺(tái)

2.2.1 數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)

基于應(yīng)用支撐平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境開發(fā)一套統(tǒng)一的雨情、城市水文信息、蒸發(fā)量、城市排水信息、地下水、水生態(tài)信息匯集系統(tǒng)。通過組件配置方式靈活的完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型的添加，全面完成雨情、城市水文信息、蒸發(fā)量、城市排水信息、地下水、水生態(tài)信息等實(shí)時(shí)信息的數(shù)據(jù)匯集。

2.2.2 應(yīng)用支撐平臺(tái)

應(yīng)用支撐平臺(tái)將采用分層設(shè)計(jì)方法，將應(yīng)用支撐平臺(tái)劃分為系統(tǒng)資源服務(wù)、公共基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)3個(gè)層次，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)、統(tǒng)一用戶管理、基于消息服務(wù)的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)庫維護(hù)管理、信息發(fā)布、圖表工具、門戶框架、GIS服務(wù)等功能。

2.3 綜合數(shù)據(jù)庫

本次建設(shè)重點(diǎn)為實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫、蒸發(fā)量數(shù)據(jù)庫、城市水文數(shù)據(jù)庫、城市排水?dāng)?shù)據(jù)庫、水生態(tài)數(shù)據(jù)庫和地下水?dāng)?shù)據(jù)庫等。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)庫建設(shè)的范圍和內(nèi)容，確定該類數(shù)據(jù)庫資料收集的范圍和要素內(nèi)容，需要入庫級別；定義數(shù)據(jù)入庫、更新和維護(hù)機(jī)制。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)最終基于數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用支撐平臺(tái)，形成城市防洪應(yīng)用、生態(tài)水文應(yīng)用、綜合信息服務(wù)系統(tǒng)及移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4.1 城市防洪業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

城市防洪業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視、洪水預(yù)報(bào)、會(huì)商支持等功能。

2.4.1.1 實(shí)時(shí)監(jiān)視

在實(shí)時(shí)雨水情信息的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，更好的為決策者提供有效的支持。

2.4.1.2 洪水預(yù)報(bào)

構(gòu)建適合于長春市的城市洪水預(yù)報(bào)模型，包括產(chǎn)流預(yù)報(bào)、匯流預(yù)報(bào)和城市洪水預(yù)報(bào)模型等，并能夠進(jìn)行城市洪水預(yù)報(bào)。

2.4.1.3 會(huì)商支持

能夠自動(dòng)準(zhǔn)備各種會(huì)商資料、掛接各種業(yè)務(wù)文檔、進(jìn)行災(zāi)前預(yù)評估、對預(yù)案進(jìn)行標(biāo)繪，構(gòu)建會(huì)商環(huán)境，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)支持。

建設(shè)效果如圖3所示。

2.4.2 生態(tài)水文業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

生態(tài)水文業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視、水質(zhì)評價(jià)、水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)、會(huì)商支持等功能。

2.4.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)視

實(shí)現(xiàn)對人工、自動(dòng)監(jiān)測站點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)以及變化趨勢的分析，對水體水質(zhì)類別進(jìn)行評價(jià)、分析其營養(yǎng)狀態(tài)，并對水體的水華情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，供相關(guān)人員及時(shí)掌握本市水質(zhì)狀況。

2.4.2.2 水質(zhì)評價(jià)

水質(zhì)分析評價(jià)系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核、評價(jià)和統(tǒng)計(jì)分析等業(yè)務(wù)工作。

2.4.2.3 水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)

針對長春市實(shí)際情況，水生態(tài)主要為景觀水，構(gòu)建針對藻類的預(yù)測預(yù)報(bào)模型，能夠?qū)λA進(jìn)行預(yù)報(bào)，為水生態(tài)恢復(fù)提供支持。

2.4.2.4 水質(zhì)會(huì)商支持

通過會(huì)商支持系統(tǒng)能夠自動(dòng)準(zhǔn)備各種會(huì)商資料、掛接各種業(yè)務(wù)文檔、水質(zhì)結(jié)果模擬、對預(yù)案進(jìn)行標(biāo)繪，構(gòu)建會(huì)商環(huán)境，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)支持。

2.4.3 綜合信息服務(wù)系統(tǒng)

綜合信息服務(wù)系統(tǒng)包括監(jiān)視告警、城市水文產(chǎn)品發(fā)布服務(wù)、城市水文產(chǎn)品展示、綜合信息查詢等功能。

2.4.3.1 監(jiān)視告警

基于GIS地圖進(jìn)行實(shí)時(shí)雨水情監(jiān)視，對超過告警閾值的信息在地圖上進(jìn)行告警顯示，包括地圖閃爍、聲音告警、文字顏色變化等多種方式顯示。

2.4.3.2 城市水文產(chǎn)品發(fā)布服務(wù)

通過本系統(tǒng)的建設(shè)，為客戶提供標(biāo)準(zhǔn)化的水文信息服務(wù)產(chǎn)品，滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)職責(zé)和實(shí)際工作需要，定制業(yè)務(wù)用戶和社會(huì)公眾經(jīng)常用到的各種水文產(chǎn)品。

2.4.3.3 城市水文產(chǎn)品展示

能夠?qū)χ谱骱玫乃漠a(chǎn)品通過列表、地圖、圖形等多種方式進(jìn)行展示。

2.4.4.4 綜合信息查詢

綜合信息查詢包括普通檢索、全文檢索、全詞匹配、排序方式、排列方式、發(fā)布日期、返回記錄、常用搜索詞列表等多種查詢方式。

2.4.4 移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)

通過移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，能夠推送告警信息、查詢雨情信息、積水信息、水生態(tài)信息、地下水信息、氣象信息、通知公告、測站信息等城市水文相關(guān)信息。通過系統(tǒng)能讓領(lǐng)導(dǎo)和廣大水文、防汛工作人員及社會(huì)公眾隨時(shí)隨地了解實(shí)時(shí)城市水文信息，為城市防洪、現(xiàn)場指揮等提供更有效、更專業(yè)的水文信息查詢服務(wù)。

3 結(jié)語

城市防洪是涉及國計(jì)民生的大事，本工程建成后，能及時(shí)全面地了解城市積水、城市排水、水生態(tài)等信息，能及時(shí)準(zhǔn)確地作出暴雨、城市洪水預(yù)報(bào)，能夠提醒出行人員注意，從而減少因?yàn)槌鞘蟹e水產(chǎn)生的人員傷亡。

通過本項(xiàng)目的建設(shè)，能夠使城市水文工作從傳統(tǒng)工作方式向現(xiàn)代化邁進(jìn)一大步，能夠促進(jìn)水利信息化的發(fā)展，無論對社會(huì)效益還是經(jīng)濟(jì)效益都將產(chǎn)生積極的影響。