譚 瓊

(上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計研究院,上海 200233)

《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范規(guī)定在排水管道設(shè)計中應(yīng)引入排水系統(tǒng)模型進(jìn)行設(shè)計校核[1-2]。水利部關(guān)于推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見和實施方案指出,要加快構(gòu)建具有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案(簡稱“四預(yù)”)功能的智慧水利體系。上海市水務(wù)局出臺了《上海市水務(wù)海洋行業(yè)城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型實施意見》《關(guān)于開展排水系統(tǒng)“廠、站、網(wǎng)”一體化運行監(jiān)管平臺建設(shè)的實施意見》和《關(guān)于推進(jìn)上海市雨水排水系統(tǒng)提標(biāo)工作的意見》等文件。加快制定本行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型所需的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并推進(jìn)上海市城鎮(zhèn)化地區(qū)排水模型的高質(zhì)量構(gòu)建和應(yīng)用必要且迫切。

排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是排水智慧化模擬的核心技術(shù),在國際上已有數(shù)十年的發(fā)展。由于模型專業(yè)性較強,涉及參數(shù)眾多,缺少規(guī)范引領(lǐng)將對模型的應(yīng)用效果乃至決策質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。但由于水情、雨情、人口密度、污染、開發(fā)強度、空間利用等差異,國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不能在上海照搬。2021年4月,根據(jù)上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會《關(guān)于印發(fā)<2021年上海市工程建設(shè)規(guī)范、建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計編制計劃>的通知》(滬建標(biāo)定〔2020〕771號)的要求,上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計研究院聯(lián)合上海市排水管理事務(wù)中心等7家單位共同開展了地方標(biāo)準(zhǔn)的編制,經(jīng)兩年的反復(fù)研究討論、征詢意見、修改完善,完成了《排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》(DG/TJ 08-2430—2023),并經(jīng)上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會組織審查,于2023年7月批準(zhǔn)發(fā)布。

1 標(biāo)準(zhǔn)基本規(guī)定

1.1 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)適用于上海市城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、運行、維護(hù)、調(diào)度、評估和管理,以及內(nèi)澇防治與水環(huán)境治理等過程中涉及的排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和應(yīng)用?？紤]到現(xiàn)階段上海市模型技術(shù)發(fā)展成熟程度,本標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容以排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的水文水力機理模型為主,不對水質(zhì)模型進(jìn)行規(guī)范。

1.2 模型分類分級

劃分模型層級的目的是確定模型對排水設(shè)施的概化程度,明確各層級模型包含的設(shè)施對象。根據(jù)上海市污水集中外排為主、分散為輔,平原河網(wǎng)強排、自排結(jié)合,水利分片治理的格局,結(jié)合國內(nèi)外規(guī)范調(diào)研和上海市已建模型經(jīng)驗,本標(biāo)準(zhǔn)將上海市排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型劃分為3個層級。從一級到三級模型,聚焦的設(shè)施服務(wù)范圍逐步縮小,模型對象的詳細(xì)程度逐步增加。一級模型為大尺度,包含模擬對象數(shù)量相對較少,以主干與次干污水管、雨水主干管渠、相關(guān)泵站、污水廠為主,常用于市級、污水干線系統(tǒng)或戰(zhàn)略規(guī)劃階段模擬分析;二級模型為中等尺度,一般包含所有市政管道、檢查井和相關(guān)排水設(shè)施,常用于排水系統(tǒng)尺度的評估、精細(xì)化模擬與輔助決策;三級模型為小尺度,細(xì)化到街坊、廠區(qū)、園區(qū)、下立交、地道等內(nèi)部排水管道和泵站,用于針對特定區(qū)域的詳細(xì)評估與設(shè)計方案驗證。

此外,結(jié)合業(yè)務(wù)場景需求,規(guī)定了模型構(gòu)建類別——根據(jù)建模對象排水體制,分為污水、雨水、合流三大類型;按建模對象設(shè)施所處建設(shè)階段,排水模型分為現(xiàn)狀、規(guī)劃兩類;按模擬計算輸入邊界數(shù)據(jù)的實時性,排水模型分為離線、實時兩種。

一個模型中可根據(jù)實際情況,包含單一或多種類型/層級模型的靈活組合。在模型構(gòu)建工作中,還要充分考慮服務(wù)區(qū)域范圍,形成片區(qū)、行政區(qū)、排水系統(tǒng)的體系架構(gòu)。

1.3 模擬方式

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定排水管渠、河道模擬應(yīng)采用一維模型,地表積水模擬可在一維管渠模型基礎(chǔ)上耦合二維地表漫流模型或耦合一維地表漫流模型。精度要求不高的快速評估階段,可采取地表二維漫流模擬。易澇區(qū)分析和整改、內(nèi)澇風(fēng)險評估類項目宜結(jié)合數(shù)字地面高程模型,構(gòu)建一維管渠與二維地表漫流耦合模型。

1.4 建模范圍

模型范圍不應(yīng)小于排水系統(tǒng)規(guī)劃服務(wù)區(qū)域,應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域范圍、應(yīng)用需求及模型類型,確定建模范圍的匯水區(qū)邊界和管渠、泵站等排水設(shè)施。

建模匯水區(qū)邊界應(yīng)結(jié)合區(qū)域地形、用地分類、地面匯流路徑、管網(wǎng)坡向、相鄰系統(tǒng)連通性等情況確定。上海市排水系統(tǒng)存在較多邊界管道相互連通的情況,如建模時根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計邊界直接截斷,難以全面反映相鄰系統(tǒng)間的流量交換和外界水位的影響。因此,經(jīng)分析評估有必要的,建模匯水區(qū)邊界范圍應(yīng)在目標(biāo)排水系統(tǒng)范圍基礎(chǔ)上適當(dāng)擴(kuò)大。

二級模型是排水系統(tǒng)尺度的常用模型,本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了近年建模實踐、上海市排水行業(yè)地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)據(jù)庫建設(shè)現(xiàn)狀及模型維護(hù)需求,規(guī)定二級模型宜保留與排水行業(yè)GIS數(shù)據(jù)庫相同的管網(wǎng)設(shè)施密度與管徑范圍,在不對模擬結(jié)果產(chǎn)生明顯影響時,可適當(dāng)簡化部分支管,但不應(yīng)簡化地勢低洼易澇區(qū)的檢查井和管渠。

管網(wǎng)河網(wǎng)約束作用明顯的自排區(qū)、風(fēng)暴潮洪多碰頭條件下的城市內(nèi)澇分析等情況,宜構(gòu)建管網(wǎng)-河網(wǎng)一體化排水模型,充分反映河網(wǎng)與管網(wǎng)之間的動態(tài)耦合關(guān)系。

1.5 基本流程

建?；玖鞒桃税?建模類型與范圍確定、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集與處理、模型構(gòu)建與測試、模型率定與驗證、模型評價與驗收、模型應(yīng)用與維護(hù),如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)收集與處理

2.1 一般規(guī)定

數(shù)據(jù)是建模的必要前提,應(yīng)依據(jù)模型類型,通過資料收集、現(xiàn)場調(diào)查、監(jiān)測和測量等手段,獲取基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、設(shè)施數(shù)據(jù)、監(jiān)測/預(yù)報數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)4類基礎(chǔ)資料。對建模數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,還需對數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性進(jìn)行校核。

2.2 4類數(shù)據(jù)

地理數(shù)據(jù):應(yīng)利用影像圖、基礎(chǔ)地形圖、數(shù)字高程模型等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行模型對象的空間定位、土壤類型、土地利用、地形地貌分析和匯水范圍劃分。構(gòu)建規(guī)劃模型時還應(yīng)收集地區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃,包括人口、用地、豎向地形、產(chǎn)業(yè)分布、市政設(shè)施、道路交通、河流水系、海綿城市等城市規(guī)劃和水務(wù)規(guī)劃空間數(shù)據(jù)集,用于規(guī)劃雨污水量預(yù)測、規(guī)劃排水設(shè)施布局與規(guī)模確定、規(guī)劃工程效益評估。地形圖比例尺中心城區(qū)不宜低于1∶500,數(shù)字高程模型分辨率宜為2～30 m。當(dāng)不同來源數(shù)據(jù)的平面坐標(biāo)和高程系統(tǒng)不一致時,應(yīng)按上海市現(xiàn)行通用坐標(biāo)系和高程系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)與高程的轉(zhuǎn)換或校正。

設(shè)施數(shù)據(jù):宜優(yōu)先利用排水設(shè)施GIS,必要時開展現(xiàn)場探測,獲取各類設(shè)施空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。GIS數(shù)據(jù)一般依據(jù)竣工圖輸入,其尺寸、標(biāo)高應(yīng)當(dāng)反映設(shè)施建設(shè)的最終情況,但隨著設(shè)施運行可能出現(xiàn)沉降等變化,同一對象在原始設(shè)計圖紙、GIS庫、CCTV檢測、物探報告中的屬性信息可能不一致,這時應(yīng)該進(jìn)行合理甄別使用。各設(shè)施對象應(yīng)設(shè)置主關(guān)鍵字段,并在關(guān)聯(lián)設(shè)施對象的屬性列表中正確對應(yīng)。

監(jiān)測數(shù)據(jù):宜收集降雨、蒸發(fā)、流量、潮(水)位、積水深度、泵機狀態(tài)、閘門狀態(tài)等時間序列監(jiān)測數(shù)據(jù)開展模型計算和率定驗證。應(yīng)分別調(diào)查雨量、水位、泵閘狀態(tài)等實時監(jiān)測情況,以及預(yù)報降雨、潮(水)位、流量等實時預(yù)報情況,連接多源時空數(shù)據(jù)庫。應(yīng)檢查監(jiān)測數(shù)據(jù)合理性、一致性,并對異常值進(jìn)行修正。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù):包括排水設(shè)施的生產(chǎn)運行方案、調(diào)度細(xì)則等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),用于輔助制定模型中相關(guān)設(shè)施的調(diào)度規(guī)則;排水系統(tǒng)易澇區(qū)、歷史積水記錄、災(zāi)害突發(fā)事件等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及同步降雨、潮(水)位、設(shè)施運行數(shù)據(jù),用于系統(tǒng)診斷與重演驗證;排水系統(tǒng)管道檢測修復(fù)、養(yǎng)護(hù)清淤、雨污混接調(diào)查、外水分析等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),作為模型水力計算參數(shù)設(shè)置參考因素等。應(yīng)建立與相關(guān)設(shè)施的拓?fù)鋵?yīng)關(guān)系,核查空間位置是否準(zhǔn)確,對問題進(jìn)行核實處理并記錄。

3 模型構(gòu)建與測試

模型構(gòu)建與測試是建模工作的重要環(huán)節(jié),涉及軟件選擇、降雨與水位、水量、源頭設(shè)施、管網(wǎng)設(shè)施、地面漫流、計算測試和實時平臺搭建各環(huán)節(jié)的模擬概化方法和技術(shù)要求。

3.1 軟件要求

建模軟件的選擇,應(yīng)結(jié)合應(yīng)用目標(biāo)、模型類型、排水管網(wǎng)規(guī)模、體量和對象類型等因素確定;軟件性能主要考慮可模擬規(guī)模、流態(tài)、維度、河道耦合度、計算性能、軟件界面友好性和完善度等。

3.2 降雨潮(水)位

考慮到城市化地區(qū)降雨時間空間分布不均和上海市每一個排水泵站基本具備降雨監(jiān)測記錄的現(xiàn)狀,規(guī)定采用歷史實測降雨或設(shè)計降雨開展雨水徑流模擬時,應(yīng)考慮降雨空間變化,合理設(shè)置參與計算的雨量過程數(shù)量。采用歷史降雨模擬時,采用的過程降雨分布及數(shù)量宜與研究排水區(qū)域內(nèi)已建雨量站密度保持一致。設(shè)計雨型應(yīng)根據(jù)項目研究目標(biāo)確定,可按上海市地方標(biāo)準(zhǔn)選取短歷時設(shè)計雨型或長歷時設(shè)計雨型[3-4]。

污水模型下游水位邊界宜采用管道、泵站、污水廠等點位的水位監(jiān)測數(shù)據(jù),必要時可在模型中對污水廠提升泵站、調(diào)蓄池、溢流堰等廠內(nèi)構(gòu)筑物和排放口等設(shè)施進(jìn)行概化模擬。當(dāng)河湖水位影響雨水排水設(shè)施出流時,應(yīng)根據(jù)工況合理設(shè)置河湖出水口的水位邊界,最好采用同步實測潮(水)位、河網(wǎng)模型同步計算水位。設(shè)計條件下參考上海市防洪除澇相關(guān)規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水利片控制水位[4]。

3.3 水量水文

模型應(yīng)引入影響排水系統(tǒng)運行的所有水量來源,包括但不限于:生活污水、工業(yè)廢水、地下水滲入、降雨徑流、初期雨水截流、分流制系統(tǒng)雨污混接、研究范圍與相鄰系統(tǒng)間可能存在的水力聯(lián)系(包括可能存在的河水倒灌、“借道轉(zhuǎn)輸”的雨污水等)。建模時,應(yīng)根據(jù)地區(qū)情況,結(jié)合模型類型和水量影響比重,正確處理和適當(dāng)概化水量。模型包含的各類水量來源應(yīng)根據(jù)地區(qū)實際情況按表1的規(guī)定選取。

表1 排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型水量來源

規(guī)定應(yīng)按照地形地貌、地表、用地和市政管網(wǎng)布局合理劃分子匯水區(qū),二級模型的子匯水區(qū)宜以街坊為單元進(jìn)行劃分,一般尺度為2～4 hm2(1 hm2=0.01 km2)。二級以上模型應(yīng)采取分布式方法進(jìn)行子匯水區(qū)降雨徑流模擬,基于滲透性分類計算下墊面面積,城市地區(qū)宜區(qū)分鋪裝路面、屋面、透水性表面、水面以及其他地表。

現(xiàn)狀污水模型有條件地區(qū),宜開展供水量、污水處理量、設(shè)施運行量等數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析,結(jié)合地區(qū)人口普查、供用水量監(jiān)測、排水戶調(diào)查、排水流量監(jiān)測等數(shù)據(jù),確定污水定額、時變化曲線、日(季節(jié))變化曲線、廢水量和地下水入滲水量。

應(yīng)結(jié)合模型軟件,針對不同下墊面類型選用合適的產(chǎn)匯流計算方法。產(chǎn)流模型應(yīng)扣除蒸發(fā)、植被截留、洼蓄和土壤下滲等損失。匯流模型可采用水力學(xué)方法或水文學(xué)方法。

3.4 源頭設(shè)施

源頭設(shè)施模擬方法及參數(shù)設(shè)置應(yīng)反映設(shè)施使用的初始狀態(tài),以及調(diào)蓄空間和含水率的占用和恢復(fù)過程,相關(guān)參數(shù)宜結(jié)合上海市海綿城市建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和現(xiàn)場試驗確定。

3.5 模型計算與測試

模型計算時應(yīng)設(shè)置合理的上下游邊界、計算時間步長、結(jié)果輸出步長、初始狀態(tài)和可調(diào)控設(shè)施的控制方式。模型的穩(wěn)定性測試應(yīng)選取一般與極端工況進(jìn)行計算,確保模型運行正常,計算結(jié)果滿足質(zhì)量守恒原則。例如,分別模擬旱流日、低強度多峰值的降雨、5年一遇歷時2 h的設(shè)計降雨、100年一遇歷時2 h或24 h的設(shè)計降雨。應(yīng)仔細(xì)檢查整個模型、排水口、主次干管、附屬設(shè)施等重要位置的水深和流量過程線,包括以下信息。

(1)模擬運行是否完整,是否收斂。

(2)檢查井的水量平衡情況:確保進(jìn)出流量質(zhì)量守恒偏差在10%以內(nèi)。

(3)檢查井的冒溢情況:對于旱天重力流模擬,一般情況下應(yīng)無冒溢。

(4)溢流情況:對于旱天模擬,一般情況下應(yīng)無溢流。

(5)泵站運行情況:集水池水位和泵機開停是否符合設(shè)置規(guī)則,運行是否正常。

(6)管道超負(fù)荷情況:判斷管道來水、流動是否合理。

3.6 實時模型

實時模型應(yīng)以數(shù)學(xué)模型為內(nèi)核,與遙測雨量、水位、水泵水閘等設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),以及降雨、潮(水)位等預(yù)報數(shù)據(jù)實現(xiàn)在線連接,基于實時計算發(fā)揮預(yù)報預(yù)警決策支持功能。模型實時數(shù)據(jù)讀取頻率、計算頻率、計算時長、輸出參數(shù)的設(shè)置應(yīng)兼顧性能與時效,實現(xiàn)模型的滾動計算。宜在泵站上下游、調(diào)蓄設(shè)施上下游、主干管、次干管、易澇點、排河口等位置建設(shè)實時監(jiān)測點位,監(jiān)測雨量、水位、流量等關(guān)鍵參數(shù),參與實時模型計算或驗證預(yù)報結(jié)果。

4 模型率定與驗證

《排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》明確了模型率定與驗證的場次要求,對率定驗證點位的選取、精度目標(biāo)指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定。

4.1 場次要求

模型率定和模型驗證應(yīng)采用各自獨立的多組實測數(shù)據(jù),根據(jù)系統(tǒng)類型及運行實際,分別對旱天、雨天開展率定。用于率定驗證的雨天數(shù)據(jù)宜包含3場以上有效降雨,宜包含不同降雨強度與歷時特性。用于率定驗證的旱天數(shù)據(jù)宜包含工作日、非工作日,考慮不同季節(jié)情況下的波動。

4.2 點位要求

上海市在泵站、污水廠、調(diào)蓄設(shè)施、易積水點安裝的固定監(jiān)測點應(yīng)作為模型率定驗證的基礎(chǔ)點位。在項目條件允許時,宜開展臨時流量監(jiān)測,補充用于模型率定驗證與計算的數(shù)據(jù),率定驗證點位密度宜不低于排水系統(tǒng)、次干管、主干管個數(shù)。同時,宜根據(jù)積水路段記錄、溢流頻次等歷史數(shù)據(jù)開展模型驗證。

4.3 精度目標(biāo)

《排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》提出,應(yīng)按目標(biāo)、需求、數(shù)據(jù)情況和管道功能,分A、B兩個等級確定模型精度目標(biāo),主要考慮:(1)用于調(diào)度控制的點位精度要求應(yīng)高于非控制點位;(2)主管、干管的精度要求應(yīng)高于支管;(3)積水點、溢流點等重點關(guān)注區(qū)域的精度要求應(yīng)高于一般區(qū)域。同一模型中,視應(yīng)用情況和數(shù)據(jù)條件,可設(shè)置高精度點位(A級)和一般精度點位(B級)。

模型精度評定的項目應(yīng)包含峰值流量(水位)、峰現(xiàn)時間、流量總量和流量(水位)過程。模擬誤差采用絕對誤差、相對誤差、納什效率系數(shù)(NSEC)3類指標(biāo)。NSEC用于衡量模擬過程與實測過程之間的吻合程度,按式(1)計算。

(1)

點位的精度目標(biāo)應(yīng)根據(jù)表2的規(guī)定確定。

表2 模型精度目標(biāo)

5 模型評價與驗收

5.1 質(zhì)量評價

在應(yīng)用模型之前,應(yīng)針對模型整體或模型區(qū)域開展模型質(zhì)量評價,判斷所建模型與應(yīng)用需求的匹配度。區(qū)域范圍較大、率定驗證點位較多的模型,質(zhì)量等級宜按表3的規(guī)定,根據(jù)模型整體或評價區(qū)域內(nèi)點位率定驗證合格率評定。合格率應(yīng)根據(jù)達(dá)到目標(biāo)精度要求的點位占所有率定點位的百分比確定。

表3 模型質(zhì)量評價等級判定

5.2 驗收歸檔

建設(shè)單位可根據(jù)需要對模型建設(shè)項目開展模型專項質(zhì)量審核與驗收歸檔。模型用于上海市重要工程的、建設(shè)規(guī)模較大的重點項目應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量審核與專項驗收。建設(shè)單位可委托第三方單位進(jìn)行質(zhì)量審核。審核單位應(yīng)參照本標(biāo)準(zhǔn)對模型類型、范圍、深度、計算條件的合理性、規(guī)范性、準(zhǔn)確性、適用性等方面進(jìn)行全面審核。模型建設(shè)項目的專項驗收應(yīng)由建設(shè)單位組織,提交建模報告、監(jiān)測報告、測試報告和模型源文件、數(shù)據(jù)集等,資料齊全且模型滿足目標(biāo)、功能、質(zhì)量要求時出具驗收報告。有第三方審核報告的可以依據(jù)審核結(jié)論進(jìn)行驗收。

6 模型應(yīng)用與維護(hù)

對典型應(yīng)用場景如規(guī)劃方案比選、內(nèi)澇風(fēng)險評估、實時預(yù)報預(yù)警、運行調(diào)度方案制定過程中模型相關(guān)要求進(jìn)行了規(guī)定。

6.1 規(guī)劃方案

規(guī)劃模型使用的用地分類、污水量、地下水入滲量、設(shè)計降雨等應(yīng)與上海市現(xiàn)行雨污水規(guī)劃相一致。改建地區(qū)規(guī)劃模型宜在現(xiàn)狀經(jīng)率定驗證模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部修改,新建地區(qū)規(guī)劃模型應(yīng)對推理法設(shè)計方案進(jìn)行校核修正。規(guī)劃模型水力計算結(jié)果應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定,應(yīng)核查的水力參數(shù)包括:管渠充滿度、設(shè)計流速、壓力流設(shè)計承壓值、設(shè)計暴雨重現(xiàn)期下的積水深度和退水時長等。目前,上海市正在開展的推進(jìn)排水詳細(xì)層級規(guī)劃編制工作的意見,要求構(gòu)建雨水排水模型,全面應(yīng)用于詳細(xì)層級規(guī)劃的編制與評估?！杜潘到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》為“綠、灰、藍(lán)、管”多種雨水提標(biāo)方案的比選確定提供了技術(shù)支持。

6.2 內(nèi)澇風(fēng)險評估

城市內(nèi)澇風(fēng)險評估與區(qū)劃宜采取一維、二維耦合模型進(jìn)行排水系統(tǒng)內(nèi)澇風(fēng)險及整改措施評估。采用設(shè)計暴雨重現(xiàn)期和內(nèi)澇防治重現(xiàn)期進(jìn)行內(nèi)澇模擬,必要時應(yīng)增加其他重現(xiàn)期設(shè)計降雨、歷史降雨、極端暴雨和氣候變化影響因素進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險評估。宜挑選反映管網(wǎng)流態(tài)、水位變化、積水范圍、積水深度和積水歷時等信息的指標(biāo)進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險統(tǒng)計評估。應(yīng)繪制不同降雨條件下的積水淹沒圖,有條件地區(qū)應(yīng)繪制積水風(fēng)險區(qū)劃圖,并基于GIS生成表達(dá)風(fēng)險評估結(jié)果的電子地圖。目前,上海市剛完成第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險普查,其中就利用排水系統(tǒng)內(nèi)澇風(fēng)險評估模型和歷史內(nèi)澇數(shù)據(jù),以情景分析法為主,開展了內(nèi)澇風(fēng)險評估?；趯χ行某菂^(qū)暴雨淹沒情況的分析,在綜合集成不同量級暴雨淹沒程度的基礎(chǔ)上,以內(nèi)澇風(fēng)險區(qū)劃圖的形式整體反映不同地塊內(nèi)澇危險性的差異,為提升上海市抵御內(nèi)澇災(zāi)害的綜合防范能力和“安全韌性城市”建設(shè)提供了科學(xué)決策依據(jù)。

6.3 實時預(yù)報預(yù)警

宜采用實時模型用于內(nèi)澇預(yù)報預(yù)警,應(yīng)以經(jīng)率定驗證的模型為計算引擎,與雨量、水位、水泵等設(shè)施狀態(tài)實況和預(yù)報水、雨、工情數(shù)據(jù)實現(xiàn)在線連接,并充分考慮降雨的時間空間分布,具有數(shù)據(jù)診斷和容錯機制。預(yù)報起始點之前應(yīng)使用實況數(shù)據(jù)參與模型運算;起始點之后的預(yù)見期,應(yīng)使用降雨、水位預(yù)報數(shù)據(jù)參與模型運算。實時模擬應(yīng)采用滾動計算方式,計算間隔宜根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集頻率和預(yù)報時效需求設(shè)置,降雨期間不宜超過30 min。宜建立汛后模型效果評估、汛前模型更新維護(hù)機制,不斷提高內(nèi)澇預(yù)報模型精度與成效。目前,上海市中心城部分地區(qū)已開展了實時預(yù)報預(yù)警工作,并在防汛演練和會商中提前發(fā)布積水深度、范圍和歷時,較好支持了“四預(yù)”工作。

6.4 運行調(diào)度方案

應(yīng)利用模型為排水運行調(diào)度提供技術(shù)支撐,對管網(wǎng)、泵站、調(diào)蓄池、污水廠等設(shè)施的運行情況進(jìn)行評估,對運行方案進(jìn)行優(yōu)化,提高廠站網(wǎng)一體化聯(lián)動調(diào)度能力,實現(xiàn)平穩(wěn)運行、均化水量、節(jié)能降耗和放江污染削減等多重目標(biāo)。模型成果應(yīng)與運行監(jiān)管等平臺相融,近期應(yīng)具備模型情景展示和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)展示功能,遠(yuǎn)期宜具備實時模型計算與動態(tài)預(yù)警預(yù)報功能。應(yīng)建立模型定期更新維護(hù)機制,更新維護(hù)周期不宜超過12個月,宜建立模型庫與GIS數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)規(guī)范更新機制。

7 結(jié)語

《排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》針對上海市城鎮(zhèn)排水的規(guī)劃、設(shè)計、運行、維護(hù)、調(diào)度、評估和管理,以及內(nèi)澇防治與水環(huán)境治理等過程中涉及的排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和應(yīng)用,系統(tǒng)提出全流程構(gòu)建與運行維護(hù)的技術(shù)要求,貫穿“綠、灰、藍(lán)、管”各環(huán)節(jié),特別是對廠站網(wǎng)一體化運行管理與智能調(diào)度、水污染治理防控、實時防汛預(yù)警等應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了規(guī)范。目前,上海市已按照《關(guān)于開展排水系統(tǒng)“廠、站、網(wǎng)”一體化運行監(jiān)管平臺建設(shè)的實施意見》和《排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》要求,在中心城開展了石洞口、竹園、白龍港三大片區(qū)雨污水模型的構(gòu)建和審核工作?！杜潘到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》總結(jié)提煉的規(guī)范經(jīng)驗,可為其他地區(qū)和城市排水模型構(gòu)建和應(yīng)用工作提供參考依據(jù)。