城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的研究及展望

盧健濤，侯貴兵，李媛媛，陳俊賢，薛嬌

(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州510611)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)，人類活動(dòng)對(duì)下墊面、產(chǎn)匯流特性產(chǎn)生重要影響，在全球氣候變化背景下，人口、財(cái)富的高度集中使得洪澇災(zāi)害日趨嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)60% 以上的城市正遭受不同程度內(nèi)澇的侵害，城市內(nèi)澇災(zāi)害成為影響中國(guó)公共安全的突出問(wèn)題和制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

城市產(chǎn)生內(nèi)澇是因?yàn)閺?qiáng)降水或連續(xù)性降水超過(guò)城市排水能力致使城市內(nèi)產(chǎn)生積水災(zāi)害，究其成因不止是內(nèi)澇自身，也與城市發(fā)展、排澇系統(tǒng)等有著密切的關(guān)系。城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，改變了城市局部小氣候，城市雨(熱)島、阻礙、凝結(jié)核效應(yīng)明顯，加大了降雨強(qiáng)度和降雨時(shí)長(zhǎng)；城市建設(shè)改變了原有的下墊面條件，造成流域產(chǎn)匯流速度加快、蓄滯水能力減弱，城市洪峰洪量成倍增加，漲洪歷時(shí)縮短，加大了對(duì)城市防洪安全的威脅。城市的排澇系統(tǒng)一般由大小排水系統(tǒng)組成，小排水系統(tǒng)匯集城市道路、住宅建筑的降水排水，將其匯集到城市雨水排澇泵站；大排水系統(tǒng)將小排水系統(tǒng)匯集的雨水通過(guò)湖泊、洼地等調(diào)蓄后經(jīng)排澇溝渠排至外江。由于歷史原因，城市的擴(kuò)展大多是在舊城的基礎(chǔ)上擴(kuò)大，舊城區(qū)的地下管網(wǎng)系統(tǒng)普遍存在管徑規(guī)模不夠、設(shè)施老化等問(wèn)題；而新城區(qū)的管網(wǎng)又需要與老管網(wǎng)相接，復(fù)雜的管網(wǎng)僅能小幅度地提升城市排澇能力；同時(shí)城市建設(shè)大幅侵占了排澇溝渠，降低了排澇能力。為了解決城市內(nèi)澇問(wèn)題，相關(guān)部門一直致力于采取工程措施與非工程措施相結(jié)合的方式做好城市排水及暴雨內(nèi)澇防治設(shè)施建設(shè)工作。其中，工程措施主要通過(guò)修筑蓄水、擋水、排水工程的方式構(gòu)建海綿城市來(lái)治理城市內(nèi)澇問(wèn)題，從目前來(lái)看，海綿城市的建設(shè)有利于解決城市內(nèi)澇問(wèn)題，但受經(jīng)濟(jì)等多方面因素制約對(duì)已建城區(qū)實(shí)施大范圍海綿城市建設(shè)存在困難；非工程措施作為工程措施的補(bǔ)充和提升，通過(guò)水文和洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)、防洪治澇指揮調(diào)度系統(tǒng)、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害評(píng)估、推行洪水保險(xiǎn)和災(zāi)后救助管理、開展防洪治澇知識(shí)培訓(xùn)等一系列手段進(jìn)一步提高城市綜合治澇能力，特別是隨著遙感監(jiān)測(cè)、信息傳輸、系統(tǒng)分析、人工智能等計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，近些年來(lái)城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)越來(lái)越多地運(yùn)用于城市防洪除澇科學(xué)決策和管理。

本文在整理近20 a來(lái)相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理了城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用情況，分析了目前城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的研究所存在的問(wèn)題，并且對(duì)未來(lái)進(jìn)行了展望。

1 城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，依托信息技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外城市防洪排澇信息化建設(shè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，在水文預(yù)報(bào)、水工程調(diào)度、排澇決策等方面成果顯著，構(gòu)建集信息采集、內(nèi)澇模擬、智能調(diào)度、決策服務(wù)于一體的城市內(nèi)澇決策支持平臺(tái)成為提升城市洪澇監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急管理能力的有效途徑。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究主要聚焦在多源信息匯集與融合、城市內(nèi)澇模擬、決策支持系統(tǒng)研發(fā)等方面。

1.1 多源信息匯集與融合

城市內(nèi)澇涉及暴雨洪澇立體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及多部門互聯(lián)互通信息，多源數(shù)據(jù)的快速匯集和融合處理對(duì)于城市防洪治澇決策具有重要的意義。國(guó)內(nèi)外在水利領(lǐng)域的多源信息匯集與融合技術(shù)研究主要集中在水資源評(píng)價(jià)、水文監(jiān)測(cè)、水雨情信息匯集與快速處理等方向。

Chang等[1]通過(guò)運(yùn)用多源和多尺度遙感數(shù)據(jù)的融合技術(shù)，對(duì)城市地區(qū)的水資源可用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以更好地支持區(qū)域的可持續(xù)規(guī)劃；Mohamed等[2]利用遙感數(shù)據(jù)融合技術(shù)，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)對(duì)埃及的基納谷(Qena Valley)進(jìn)行了地下水潛力區(qū)的劃分；Rokni等[3]提出了一種基于像素級(jí)圖像融合和圖像分類技術(shù)相結(jié)合的地表水變化監(jiān)測(cè)新方法，可以生成銳化的多光譜圖像，同時(shí)突出變化的區(qū)域，并提供高準(zhǔn)確度的結(jié)果; 姜仁貴等[4]針對(duì)防汛雨水情應(yīng)用存在的多源數(shù)據(jù)難以集成、應(yīng)用單一以及表現(xiàn)力不足等特點(diǎn)，采用組件式軟件開發(fā)技術(shù)、框架技術(shù)及三維仿真等現(xiàn)代信息技術(shù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了面向水利防汛的組件式雨水情應(yīng)用集成平臺(tái)，在多源數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雨水情應(yīng)用集成；李繼園等[5]結(jié)合水利信息聚合應(yīng)用特點(diǎn)，分析了解決該問(wèn)題的空間數(shù)據(jù)密集和并行計(jì)算、快速檢索與傳輸?shù)葞讉€(gè)關(guān)鍵支撐技術(shù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)集成和應(yīng)用模式的剖析，在理論上提出了該運(yùn)行框架的初步設(shè)計(jì)，為水利遙感數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供了參考和建議；李蘭等[6]從構(gòu)建多用途流域分布式水文模型的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化需求出發(fā)，自主研發(fā)了基于海量數(shù)字化信息和氣象水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)融合前處理系統(tǒng)；嚴(yán)棟飛等[7]針對(duì)當(dāng)前水利信息化中存在的數(shù)據(jù)集成難、多源信息難以融合應(yīng)用、實(shí)時(shí)性不足、利用率低等問(wèn)題，提出通過(guò)以綜合集成平臺(tái)為支撐，將數(shù)據(jù)信息融合、信息應(yīng)用功能組件化，在各組件之間通過(guò)數(shù)據(jù)流連接，靈活、快速地使用數(shù)據(jù)集成功能，將多源信息進(jìn)行融合，為整合信息應(yīng)用提供服務(wù)。

1.2 城市內(nèi)澇模擬

城市內(nèi)澇積水模擬是一個(gè)復(fù)雜的時(shí)空模擬問(wèn)題，且城市化水文效應(yīng)、下墊面條件復(fù)雜以及河湖蓄泄洪條件帶來(lái)的不確定性，進(jìn)一步增加了城市區(qū)域的暴雨積水模擬難度。城市內(nèi)澇積水模擬概括起來(lái)有水文學(xué)、水力學(xué)以及水文水力學(xué)模型耦合3種方法。

水文學(xué)方法發(fā)展得較早，它利用水量平衡原理，依據(jù)流域系統(tǒng)輸入、輸出的實(shí)測(cè)資料分析流域的產(chǎn)匯流特性，利用模型預(yù)報(bào)或計(jì)算一次暴雨積水過(guò)程。水文學(xué)模型的核心模塊是流域的產(chǎn)匯流計(jì)算，用降雨、流域下墊面參數(shù)作為輸入條件，以流域匯流作為輸出，具有方法簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便、計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)。最早研究關(guān)于城市水文學(xué)是在1851年摩爾凡尼[8]提出了計(jì)算洪峰流量的合理化公式。1857年Bidder、Hawksley與Bazalgette在關(guān)于倫敦Sevoy大街排水管道中的暴雨研究中發(fā)現(xiàn)75 min降雨25.4 mm，這是最早研究徑流的經(jīng)驗(yàn)方法[9]。到1967年以后，城市水文學(xué)得到了較快的發(fā)展，防洪、排水、供水和水質(zhì)控制等城市水文學(xué)模型的提出逐漸形成了一些具有城市水文特點(diǎn)的分析方法[10]。傳統(tǒng)的城市雨水內(nèi)澇計(jì)算模型主要是在經(jīng)典水文學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，國(guó)外比較著名的模型有美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)水文學(xué)中心開發(fā)的STORM暴雨模型，美國(guó)環(huán)保局的SWMM-Storm雨水管理模型，英國(guó)環(huán)境部WALLINGFORD模型以及伊利諾城市排水區(qū)域模擬模型(ILLUDAS)等[11]。國(guó)內(nèi)在城市內(nèi)澇模擬方面的研究起步較晚，主要模型有城市雨水徑流模型(CSYJM)、城市雨水管道計(jì)算模型(SSCM)、新安江模型以及陜北模型等[12]。這些模型已經(jīng)在城市化流域排水系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方面取得了良好的應(yīng)用效果。但隨著城市化的進(jìn)程加快、暴雨內(nèi)澇頻繁發(fā)生、經(jīng)濟(jì)損失成倍增加等因素使得管理部門對(duì)洪澇要素要求越來(lái)越細(xì)，在防洪治澇中更加關(guān)注易澇區(qū)域范圍、馬路行洪、局部地區(qū)洪水流速等詳細(xì)信息。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，城市洪水模擬的水力學(xué)方法逐漸發(fā)展起來(lái)。Mark等[13]建立了城市道路與管網(wǎng)耦合的一維水動(dòng)力學(xué)模型，成功模擬了地表一維匯流過(guò)程；馮良記等[14]通過(guò)引入Preissmann窄縫假定，實(shí)現(xiàn)了一維管網(wǎng)內(nèi)明滿過(guò)渡流的同時(shí)模擬；耿艷芬[12]應(yīng)用有限體積法和有限差分法相結(jié)合的離散方法構(gòu)建了城市復(fù)雜計(jì)算區(qū)域二維水動(dòng)力學(xué)模型，并采用經(jīng)驗(yàn)公式等將地表徑流和地下排水管網(wǎng)連接構(gòu)建了一、二維城市雨洪模型，較好地模擬了城市暴雨內(nèi)澇的非恒定流過(guò)程。從已有研究成果看，一維水動(dòng)力學(xué)模型主要用來(lái)模擬城市河網(wǎng)、管網(wǎng)水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，比較常用的求解方法有特征線法、分裂算子法、有限體積法等，具有計(jì)算速度快、輸入資料要求少等優(yōu)點(diǎn)，但只能表征流動(dòng)的線性特征；二維水動(dòng)力學(xué)模型主要用來(lái)模擬馬路行洪、廣場(chǎng)、公園等具有二維特征的區(qū)域，比較常用的求解方法有有限單元法、有限體積法等，可以提供流速、流向、水位、蓄水量等更豐富的信息，存在計(jì)算速度慢、輸入資料要求高、不能對(duì)水工建筑物進(jìn)行精確計(jì)算等缺點(diǎn)[15]。為了充分發(fā)揮一、二維水動(dòng)力學(xué)模型各自的特色和優(yōu)勢(shì)，解決分別使用時(shí)存在的計(jì)算效率、空間分辨率、計(jì)算精度等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外先后開發(fā)了一、二維水動(dòng)力耦合模型。國(guó)外比較成功的如SOBEK、XP-SWMM、LISFLOOD和MIKE FLOOD等模型[16]。此外，Lan等[17]基于THRM模型，將地表徑流模擬與下墊面徑流模擬相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一維與二維水動(dòng)力過(guò)程的耦合。國(guó)內(nèi)針對(duì)一、二維水動(dòng)力耦合模型的研究比較廣泛。范玉燕等[18]將SWMM模型與基于有限體積法的二維水動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行耦合，建立了基于北京市排水小區(qū)的一、二維耦合的水動(dòng)力學(xué)模型，證實(shí)了海綿措施能改善內(nèi)澇積水情況并間接提高排水標(biāo)準(zhǔn)。馬天海等[19]基于MIKE模型系統(tǒng)建立了一維河網(wǎng)與二維湖泊水動(dòng)力耦合模型，較好地模擬了陽(yáng)澄湖及外部河網(wǎng)的水位過(guò)程。羅海婉等[20]以SWMM為一維模型基礎(chǔ)，采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件(DLL)方法耦合二維水動(dòng)力模型，表明了模型在一維排水系統(tǒng)的排水能力與二維地表積水的模擬中均具有較好的精度和可靠性，對(duì)城市洪澇模擬分析有較好的應(yīng)用價(jià)值。

水文學(xué)、水力學(xué)2種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，且具有互補(bǔ)性，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將2種方法耦合起來(lái)又發(fā)展成了水文水動(dòng)力學(xué)方法[21]。將水文學(xué)模型和一、二維水動(dòng)力學(xué)模型耦合后，模型系統(tǒng)可以模擬城市產(chǎn)流、匯流過(guò)程，分析區(qū)域分洪對(duì)河道、管網(wǎng)水位的影響，以及河道、管網(wǎng)水位變化對(duì)城市積水的影響，提高模擬精度和可靠性，中國(guó)水利水電科學(xué)院研發(fā)的城市洪澇仿真模型耦合水文學(xué)，一、二維水動(dòng)力學(xué)模型，使城市洪澇模擬具有較高的精度和可靠性[22]。劉家宏等[23]提出了城市水文水動(dòng)力耦合模型的總體框架，兼顧地表產(chǎn)匯流的水文學(xué)機(jī)制和管網(wǎng)匯流及地表淹沒(méi)的水動(dòng)力學(xué)機(jī)制，使模擬結(jié)果更為精細(xì)。

1.3 城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)研發(fā)

國(guó)外城市內(nèi)澇系統(tǒng)研發(fā)起步較早，1971年美國(guó)就開發(fā)了暴雨洪水管理模型(SWMM)[24]。而后隨著技術(shù)的發(fā)展更新，WebGIS[25]與RIA[26]技術(shù)被用于城市內(nèi)澇系統(tǒng)的結(jié)果查詢顯示和分析預(yù)警方面。

中國(guó)城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究起步相對(duì)較晚，20世紀(jì)80年代中期學(xué)者們對(duì)決策支持系統(tǒng)在水資源、防洪排澇等方面的設(shè)計(jì)研究陸續(xù)開展起來(lái)，清華大學(xué)翁文斌等[27]在研究京津唐水資源規(guī)劃決策支持系統(tǒng)中取得了良好的結(jié)果，使得決策支持系統(tǒng)在水庫(kù)調(diào)度決策中得到了推廣應(yīng)用。而后，邢毅等[28]研究了基于多媒體地理信息系統(tǒng)(GIS)的城市防洪除澇決策支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了多媒體信息、防洪除澇規(guī)劃、氣象信息、水情雨情檢索、洪澇災(zāi)害預(yù)報(bào)、災(zāi)害損失評(píng)估、防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策、數(shù)據(jù)信息管理等8個(gè)子系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面，使系統(tǒng)操作更為簡(jiǎn)便，提升了計(jì)算結(jié)果的可視性。余學(xué)謙[29]提出了基于“4D”的城市防澇減災(zāi)決策支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用“4D”的矢柵一體化空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，相較于GIS技術(shù)提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)排澇調(diào)度決策功能，能夠輔助決策長(zhǎng)遠(yuǎn)的排澇規(guī)劃。張運(yùn)才[30]使用網(wǎng)絡(luò)通訊、GIS以及智能決策等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)了城區(qū)防洪預(yù)警與調(diào)度決策支持系統(tǒng)，此系統(tǒng)對(duì)城區(qū)的河道、雨水口、排污口、積水點(diǎn)等關(guān)鍵位置進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)采集信息進(jìn)行城區(qū)排澇的綜合決策，實(shí)現(xiàn)排澇的仿真調(diào)度，并且該系統(tǒng)還能夠用于小流域洪水預(yù)報(bào)和城區(qū)降雨積水預(yù)報(bào)。北京清華城市規(guī)劃設(shè)計(jì)院整合了排水管網(wǎng)模型，設(shè)計(jì)了包含在線監(jiān)測(cè)、汛前管理、暴雨應(yīng)急管理及雨后分析評(píng)估等模塊的防汛應(yīng)急系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化的全流程管理模式[31]。姜元軍等[32]使用ArcGIS二次開發(fā)技術(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控布設(shè)，設(shè)計(jì)了城市內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報(bào)決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水情監(jiān)測(cè)與泵站的遠(yuǎn)程控制。在地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊、實(shí)時(shí)監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的大發(fā)展背景下，城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)越來(lái)越完善，相比之前的決策更加科學(xué)精準(zhǔn)，而且涉及的范圍更加細(xì)致全面。

2 城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的應(yīng)用

近些年，城市管理越來(lái)越重視城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)在防洪治澇中的應(yīng)用，先后有多個(gè)城市研發(fā)了內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)，取得了較為顯著的效果。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院在安慶市實(shí)現(xiàn)了城市防洪暨堤防管理系統(tǒng)，能夠進(jìn)行汛情監(jiān)測(cè)，工情、險(xiǎn)情、災(zāi)情等信息處理，以及防洪調(diào)度分析和制定搶險(xiǎn)方案[33]。王靜等[34]基于GIS技術(shù)開發(fā)了連云港市城區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖管理系統(tǒng)，提供了洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的繪制與分析功能，為連云港市的防洪決策和洪水風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)。王浩正[35]設(shè)計(jì)了鎮(zhèn)江市防汛預(yù)警和指揮調(diào)度系統(tǒng)，為城市排水管理部門汛前防汛預(yù)案制定、雨中調(diào)度應(yīng)急指揮、雨后積水問(wèn)題分析提供了決策依據(jù)。陳洋波等[36]以東莞市三防決策支持系統(tǒng)平臺(tái)為依托，開發(fā)了東莞市城市內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報(bào)決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)東莞市城區(qū)暴雨和內(nèi)澇的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)以及預(yù)警。王輝等[37]吸收引進(jìn)先進(jìn)的實(shí)時(shí)模型技術(shù)，利用遙測(cè)數(shù)據(jù)、管網(wǎng)水力模型、氣象信息等建立了上海市排水防汛預(yù)警預(yù)測(cè)支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市積水的預(yù)警預(yù)測(cè)、排水系統(tǒng)運(yùn)行狀況的預(yù)報(bào)以及泵站調(diào)度的輔助決策。張祖山等[38]基于SWMM模型和Google Earth實(shí)現(xiàn)了青島市降水和積水情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和三維可視化顯示，提供解決泄洪和分流的方案，為城市規(guī)劃和防汛決策提供科學(xué)依據(jù)。張忠義等[39]整合了新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和GPRS技術(shù)，優(yōu)化了武漢市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，提高了內(nèi)澇的預(yù)見性，從而提高了城市排水的應(yīng)急效率。

3 城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用存在的問(wèn)題

城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是在研發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，可以歸納為以下幾個(gè)方面。

a) 現(xiàn)狀內(nèi)澇監(jiān)測(cè)難以滿足城市防洪治澇精細(xì)化管理的要求。目前城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)體系普遍存在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)密度過(guò)低、監(jiān)測(cè)要素不全、監(jiān)測(cè)頻次低、監(jiān)測(cè)體系不完善等問(wèn)題，部分內(nèi)澇信息采集仍以人工巡測(cè)或人工值守為主，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度、時(shí)效性、穩(wěn)定性和連續(xù)性難以支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求，可能導(dǎo)致城市內(nèi)澇模擬模型無(wú)充分實(shí)測(cè)資料進(jìn)行參數(shù)率定和模型驗(yàn)證，以至于無(wú)法較為精確地模擬實(shí)測(cè)洪水。

b) 多源數(shù)據(jù)匯集難度大，信息共享、傳遞效率不高。隨著測(cè)報(bào)技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星遙測(cè)、氣象雷達(dá)、降水監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)、水文測(cè)報(bào)等多源數(shù)據(jù)匯集難度大，信息共享、傳遞效率不高，導(dǎo)致內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)感知端運(yùn)行效率較低。同時(shí)，城市防洪內(nèi)澇涉及氣象、水文、水利、交通、住建、電力等多部門，已建城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)多數(shù)集成了氣象、水文、水利實(shí)時(shí)信息，但缺少交通、住建、電力等其他行業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，一定程度上影響洪澇災(zāi)害分析的可靠性和決策支持的可行性。

c) 城市下墊面、工程建設(shè)等信息更新不夠及時(shí)。中國(guó)城市建設(shè)處于高速發(fā)展階段，城市下墊面條件、管網(wǎng)工況等情況日新月異，目前已建設(shè)的城市內(nèi)澇決策系統(tǒng)缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)的更新維護(hù)機(jī)制，易導(dǎo)致城市內(nèi)澇模擬不能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況，影響分析精度。

d) 研究范圍有待進(jìn)一步拓展。目前城市內(nèi)澇決策系統(tǒng)研究多以單個(gè)城市甚至中心片區(qū)作為空間范圍，主要著眼于城市內(nèi)部雨洪管理，城市與流域之間洪澇相互作用研究較為少見。從城鎮(zhèn)化演進(jìn)特征、洪澇成因看，流域外洪制約著城市排澇規(guī)模，對(duì)于城市內(nèi)澇治理具有較為顯著的影響，城市內(nèi)澇決策系統(tǒng)研究范圍有待進(jìn)一步拓展。

e) 城市內(nèi)澇模擬模型運(yùn)行速度有待提高?，F(xiàn)有大部分模型對(duì)于大型城市區(qū)域內(nèi)澇一、二維耦合計(jì)算的運(yùn)算速度較慢，使用的數(shù)值計(jì)算方法也還有待優(yōu)化，如果加入流域計(jì)算后，空間尺度和時(shí)間尺度的變化將導(dǎo)致模型運(yùn)算速度更難滿足要求。

f) 新技術(shù)、新方法應(yīng)用不足。隨著大數(shù)據(jù)分析、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息采集、傳輸、處理分析能力等方面都得到了較大的提升，目前城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)建設(shè)對(duì)于這些新技術(shù)新方法的融合和應(yīng)用不足，尚有較大的提升空間。

4 城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)研究展望

城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)仍然需要不斷地深入研究。本文聚焦城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了其研發(fā)應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了以下展望。

a) 完善城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系。在整合現(xiàn)有氣象、水文、水利等監(jiān)測(cè)站點(diǎn)基礎(chǔ)上，充分利用衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)(船)、定位技術(shù)、視頻監(jiān)控、智能終端、圖像識(shí)別等技術(shù)裝備和手段，進(jìn)一步擴(kuò)大城市內(nèi)澇感知范圍，完善要素監(jiān)測(cè)內(nèi)容，增強(qiáng)城市防洪排澇智能感知監(jiān)測(cè)，為城市防洪治澇精細(xì)化管理提供支撐。

b) 加強(qiáng)城市內(nèi)澇多源數(shù)據(jù)匯集方法與融合技術(shù)研究。針對(duì)城市內(nèi)澇涉及暴雨洪澇立體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及多部門互聯(lián)互通信息，存在著海量、多源、異構(gòu)、冗余等特點(diǎn)，按照城市內(nèi)澇決策計(jì)算需求，研究多源數(shù)據(jù)匯集技術(shù)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合與挖掘，可提高數(shù)據(jù)的有效性、準(zhǔn)確性。

c) 構(gòu)建城市內(nèi)澇系統(tǒng)下墊面、工程建設(shè)等基礎(chǔ)信息更新維護(hù)機(jī)制。結(jié)合城市總體規(guī)劃、土地利用規(guī)劃等規(guī)劃成果以及城市實(shí)時(shí)建設(shè)情況，在城市下墊面條件或者工程情況發(fā)生明顯變化時(shí)及時(shí)更新相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為城市內(nèi)澇模擬提供基礎(chǔ)支撐。

d) 加強(qiáng)流域、城市洪澇一體化預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)的研究。鑒于城市與流域之間洪澇相互作用較為顯著，為盡量降低外洪對(duì)城市內(nèi)澇的影響，未來(lái)的研究可將預(yù)報(bào)范圍拓展到流域，在城市防洪排澇調(diào)度計(jì)算中充分考慮流域外洪的影響，提高城市內(nèi)澇預(yù)報(bào)精度和決策效率。

e) 提高城市內(nèi)澇模擬模型的計(jì)算速度。針對(duì)目前大型城市區(qū)域內(nèi)澇模擬模型一、二維耦合運(yùn)算速度過(guò)慢，加之耦合流域計(jì)算模型更使得模型計(jì)算速度難以滿足要求，未來(lái)需要使用更為先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并提升模型的框架結(jié)構(gòu)，從而提升模型整體的計(jì)算運(yùn)行速度。

f) 加強(qiáng)新方法、新技術(shù)的應(yīng)用。加強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)在城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用，提高洪澇信息監(jiān)測(cè)匯集效率，識(shí)別城市洪澇實(shí)時(shí)信息潛在的規(guī)律，為實(shí)時(shí)決策提供技術(shù)支撐。利用人工智能技術(shù)結(jié)合水文、市政、運(yùn)籌學(xué)、管理學(xué)等多種科學(xué)的方法，實(shí)現(xiàn)防洪排澇決策方案的智能生成，并形成多方案優(yōu)選的體系，與預(yù)報(bào)預(yù)警有效對(duì)接，能夠提高應(yīng)急決策效率，降低應(yīng)急處置時(shí)間。同時(shí)，加入專家經(jīng)驗(yàn)到?jīng)Q策支持系統(tǒng)，并激發(fā)專家知識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)造性思維，實(shí)現(xiàn)決策支持系統(tǒng)仿生化。