华儒雷达构筑城市内涝防治第一防线

近年来，受全球气候变化和人类活动影响，极端天气事件和突发水文事件明显增加，对经济社会发展和生态环境系统产生了重大影响。在我国，洪涝灾害发生的强度和频率明显增强。就城市而言，随着城市规模的不断扩大，城市排涝建设已跟不上城市发展的步伐，城市暴雨内涝灾害日趋严重，且频率较高。而且随着城市地下设施和城市网络系统的不断增加，由内涝所造成的经济损失必然也不断增加。

一、城市内涝问题现状

目前，“逢雨必涝”已经成为我国城市重大灾害之一，北京、深圳、济南等城市都曾发生过造成伤亡的严重内涝事件。2008年深圳“6•13”事件造成深圳市8人死亡，6人失踪，受灾人口十多万人，全市出现1000多处内涝或水浸，直接经济损失约12亿元。2012年北京“7•21”事件的暴雨内涝则更加严重，因灾死亡78人，受灾人口190万人，直接经济损失更是高达116亿元。而今年以来，暴雨洪水已经直接造成了约353亿元的经济损失，强度为历年罕见。

极端天气导致的暴雨频发是城市内涝的直接成因。全球气候变化、大气环流出现异常，造成了暴雨、台风等极端天气多发、并发的复杂局面。同时，伴随人类活动的影响，城市局地气候及生态环境也会发生重大变化，诸如城市热岛效应及城市上空污染物排放等，均会引起暴雨多发现象。近日，美国、日本、澳大利亚等国家气象局纷纷发出警告，指出目前厄尔尼诺现象正呈现持续加强的趋势，强厄尔尼诺事件发生会在全球范围内造成数万人死亡和数百亿美元的经济损失。由于全球气候已经较从前发生了根本性变化，未来防汛抗旱的压力不可同日而语，因此提前防范减少损失尤为重要。

除气候成因外，城市内涝呈现出发生范围广、积水深度大、滞水时间长的特点，这直接反映出目前城市排水管网覆盖率、设施排涝能力偏低等问题。究其原因主要在于：

1.很多城市的排水设施都是按照排水标准规范要求的下限设计，基本按照一年一遇标准建设。70%以上的城市排水系统建设的设计暴雨重现期小于1年，90%老城区的重点区域甚至比规范规定的下限还要低。

2.地下管网等基础设施建设没有跟上城市发展。无排水管理规范和排水系统专项长远规划，管网不健全、管网老化等问题严重，且养护维修等资金不足，无法对管网沟渠进行彻底疏挖或改造。

3.城市蓄水能力下降也是重要原因。现在城市地面大量硬化，不透水面积增加，同时为了突出城市景观，几乎所有的绿地都高出地面，严重影响城市蓄水。

为了改善现状，政府先后出台多项政策指导防洪排涝工作的开展。2011年中央一号文件指出，力争通过5年到10年努力，从根本上扭转水利建设明显滞后的局面，到2020年，基本建成防洪抗旱减灾体系，使重点城市和防洪保护区防洪能力明显提高。2013年3月和6月，国务院又先后发布《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》和《关于加强城市基础设施建设的意见》，要求用10年左右时间基本解决城市洪涝的问题，建成较为完善的城市排水防涝工程体系。从落实来看，城市排水标准落后的现状将导致建成区排水改造工程难度巨大，诸如改造城市下水道、路面以提高排水能力，以及创建现代化的“海绵城市”进行雨水资源化利用等等，都是长期而艰巨的工作。着眼于当前洪涝灾害愈演愈烈的趋势，我们必须在长远规划下提前预防并做出相应的应急措施，从而避免或最大限度地减少损失。

二、预报预警机制建设

由于加强排水防涝基础设施建设所需的投资非常大，且需要较长的时间。那么在当下，重视灾害预防、设立预警措施应是我们构筑防洪堡垒的哨岗建设环节。目前世界范围内许多国家在防洪预警、应对城市内涝方面有一些成功的做法和经验值得我们学习和借鉴。

在美国，洪水预警是防洪减灾非工程措施的核心内容之一，预测洪水并及时发出预警对于防洪减灾意义重大。美国利用先进的专业技术和现代信息技术，建立了以地理信息系统（GIS）、遥感系统（RS）、全球卫星定位系统（GPS）为核心的“3S”洪水预警系统。洪水警报主要通过电话、电邮和传真、短讯，直接将警报传达给各地负责人、安全事务官、通讯社、电台、电视台的有关人员。据计算，美国每年因及时的洪水预报和警报，可减少损失5000万美元以上。

英国成立了“洪水预报中心”。该中心综合利用气象局的预报技术和环境署的水文知识，就强降雨可能引发洪灾发布预警。预警向郡一级发布，并帮助各部门制定应对洪灾方案。“强降雨预警”有以下好处：一是把洪灾对当地公路运输系统的影响降至最低限度；二是使有关部门及时获得信息，对洪灾作出反应;三是能更有效地部署和管理抗洪人员和物资；四是使相关部门和人员及时获得信息。以回应媒体和公众的咨询。

印度也是洪涝等气象灾害频发的国家之一，印度的地理位置特征决定其对许多自然灾害的抵御能力十分脆弱。印度政府十分重视气象灾害工作，把减灾和备灾作为其发展战略的基本组成部分列入发展规划，把防御洪灾放在非常重要的地位。印度建有洪灾预报系统。该系统覆盖全国13个邦，63条大江大河，有157个预报站进行实时洪灾监测与预报。预报洪灾时，使用了甚高频/高频（VHF/HF）微机无线通讯系统。印度还计划使用最先进的技术防御洪灾；提高公众减灾意识；加强国家灾害管理机制，加强防御洪灾的国际合作。

从中我们可以看到，洪水灾害预警需要有技术支撑，如测雨测水技术、遥感技术、地理信息系统技术、通讯技术、水文、水力学模型模拟技术等。而对于一个基础的预警系统，前端监测设备必不可少，其作为整个预警系统的“千里眼”、“顺风耳”，可通过实时信息捕获为系统提供基础水情数据。因此基于各种技术的水位探测及流速、流量探测设备一直以来都是各国水文预报预警领域研究的重点方向。目前比较流行的水情探测设备包括了浮子式、气泡式、压阻式、超声波式、微波雷达式等。其中，微波雷达式是目前新兴的一种水文探测采集终端，可全天候工作，抗干扰能力强，以非接触方式测量水位，使用寿命长且易维护，测量时不受漂浮物所影响，探测精度比较高。

通过以信息（雨情、水情等信息）采集终端为基础、通信系统为保障、计算机网络系统为依托、预报调度和决策支持系统为核心，构建全面覆盖的监测预警网络，能为政府各级防汛部门防洪排涝调度决策和指挥抢险救灾提供有力技术支持和科学依据。

三、微波雷达技术助力内涝预警

近年来微波雷达技术在工业和民用领域得到迅速发展。基于微波在测速及测距方面的显著优势，其在水文监测应用上也广受好评。目前，市场上比较有代表性的产品有德国OTT公司的RLS雷达水位计，奥地利SOMMER公司的专业化雷达测速测流系统，以及美国ACI公司的雷达波测流设备等。在我国，自主研发的雷达探测设备及其在防洪预警中的应用晚于发达国家，雷达在水文预报中的应用主要从21世纪初开始，因此国内的这些研究与欧美一些国家相比还十分有限，从终端设备情况考察，国内大多数城市或水文机构设立的预警系统终端主要还是依赖于国外技术及产品，但伴随而来的即是昂贵的成本，对广泛设立终端及建设区域性网络带来一定困难。

伴随政府扶持力度的逐渐加大，科技防汛工作在各大城市大力推广。早在2012年，广东水文建成的城市内涝预警系统就在佛山市开始试运行，这是广东省建成的首个城市内涝预警系统。该系统实现了基于GIS的汛情信息的实时监测与管理、暴雨内涝仿真模拟、洪水预警和风险图制作等功能，能为佛山市城区的防汛预警提供准确及时的决策依据和技术支持，有效提升城市内涝预警能力。以此为良好开端，在作为电子信息行业温床的珠三角地区，已开始培育水文监测技术、及终端设备与预警系统的新生力量。深圳市华儒科技有限公司自2011年以来便投入大量精力用于水文监测终端及监测预警系统的研发，一方面，通过与国内多个地方水文局、水务集团及水文科技公司交流并组织实地考察，掌握水文监测领域的专业知识，另一方面，基于行业内微波雷达传感器应用专家的前期积累，将雷达测速测距优越性移植到水文监测产品上，成功开发出K波段雷达水位计、V波段雷达水位计、电波流速仪以及城市内涝监测预警系统。

雷达水位计和电波流速仪分别是基于微波测速及测距原理获取水位及水体表面流速信息，其中电波流速仪是国内首创。二者结合应用可实现天然河流/城市河流、渠/涵/管道剖面水流量测定。基于微波雷达的特殊性能优势，产品可实现精确及稳定的数据输出，同时非接触式探测，不受浑水、污泥、水生植物等因素的影响，运行可靠性高，应用环境广，甚至包括洪水期高流速环境，且便于维护。目前基于上述终端开发的城市内涝监测预警系统已在深圳市部分区域试点运行，通过对排水管道、渠道、检查井、排水口、下凹道路、地下停车场、涵洞、城市河湖水系等点位进行实时监测，进一步结合城市地理信息数据、人口环境数据等分析，实现涝情动态过程推演，最终联动水务部门、气象部门、交通部门等，提供应急措施解决方案。

四、内涝监测预警技术未来

根据国内城市内涝监测技术的研究现状及应用需求推动，未来城市内涝监测技术的发展趋势是实现信息采集终端智能化、多功能化、微型化以及集成化。同时，为与信息量激增、捕获和处理信息能力的日益增强之需求相匹配，对于信息采集终端设备的指标要求也将越来越严格：需要它们不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还要能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号，并具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。另外还需具备体积小、成本低的特点，能完成多参数混合测量，能拓展探测与应用领域，更加方便地对多种信号进行实时处理。与此同时，系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求信息采集终端必须配有标准的输出模式。而传统的采集设备往往很难满足上述要求，已逐步被各种不同类型的高性能微型设备所取代，这些高性能微型设备不仅灵敏度高，还兼具软硬一体、即装即用、智能在线和云端管理等特点优势。

另一方面，随着城市内涝监测系统日趋完善，建立一个覆盖面广、可管理、可运营的、泛在的监测网络将成为未来城市内涝监测系统的建设方向。在这样一种理念下，将传感、物联网、云计算和移动互联网等多项先进的技术相融合的系统方案应运而生。建立完善有效的水文信息共享机制，其核心价值在于可以低成本、多点位、高频次的在线远程获取关键节点的水文监测数据，并通过数据管理平台的智能分析计算转化为有用信息，包括水况监测、风险识别、远程控制、规律提取、灾情推演等等。通过多平台、多方位立体监测，周期性、多时相动态监测以及全空间宏观监测，可将监测数据、智能计算和规律知识传递给用户，推动城市内涝遥测技术发展，形成信息采集、数据处理和信息共享的新型管理模式。

五、结束语

经历一场大雨可以看出一个城市的真面目，但大雨并不是导致城市内涝的唯一原因，还有很大部分是由于不科学的城市开发行为所导致。城市内涝本身就是人类与自然相互矛盾的一种体现形式。除了通过预警预报机制解决燃眉之急，在城市开发过程中，也需要进行长远考虑，城市规划管理部门对城市管网建设也应该给予高度重视。我们需要借鉴国内外城市内涝防治经验，根据城市的实际情况，充分研究自然规律和城市建设中应对城市内涝的经验，做到未雨绸缪，用长远和可持续发展的眼光来建设和管理城市。

7月6日-8日，华儒科技将携产品及解决方案参加在福建厦门举办的“2018中国（国际）物联网博览会”，欢迎各有关机构、企业现场莅临指导！