长沙石碑大港流域管网实时控制系统项目解析

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　　这一情况并非个别现象。传统排水系统的运行逻辑，在很大程度上仍以“来水后响应”为主，对降雨过程的前瞻性调控能力相对有限。如何在既有设施条件下提升系统的协同与响应能力，正在成为城市排水治理中的一个重要课题。

　　长沙圭塘河流域的石碑大港项目，正是在这一背景下展开的。对我司而言，这也是实时控制（Real Time Control，RTC）技术从模型研究走向工程落地的一次实践探索。

图1 石碑大港在圭塘河流域中的位置示意

一、一个典型约束条件下的排水难题

　　石碑大港位于长沙市雨花区南部，是圭塘河的重要支流，流域面积约11.2平方公里。片区以合流制排水系统为主，在强降雨条件下存在合流污水溢流入河的现象，对圭塘河水质造成负面影响，相关问题已被环保督察关注。根据相关环保督察要求，到2025年底，该片区相较2020年，溢流污染总量和溢流频次均下降20%。这一约束，使得项目必须在既有设施条件下探索更有效的运行调度方式。

　　按原规划，该区域需建设四座调蓄池，总规模约3.3万立方米。但受用地条件限制，最终仅建成一座约1万立方米的调蓄池，调蓄能力与规划目标存在明显差距。

　　在无法大幅新增设施的前提下，问题转变为：如何通过优化运行与调度，使既有系统发挥更大的效能。需要明确的是，本项目的核心目标在于降低溢流污染负荷，而非以消除内涝为主要目标。

　　与此同时，系统基础管理仍存在不足。部分设施信息散落在CAD图纸和纸质档案中，数据整合效率较低；调蓄设施运行也缺乏对上下游管网状态和降雨过程的综合联动分析。可以认为，问题既来自系统本身，也来自设施之间协同运行机制的不足。

图2 长沙石碑大港片区智慧控制系统实时控制模型

二、RTC：从“事后排水”走向“过程调控”

在该片区调蓄能力受限、系统协同不足的背景下，引入实时控制成为一种必要选择。实时控制（RTC）的核心，是在时间约束下，将实时监测、模型计算与控制执行连成闭环，使排水系统能够根据运行状态动态调整调度策略。

　　在石碑大港项目中，系统由三个层次构成：现场监测设备（“千里眼”）实时采集水位、流量、水质数据；云端智慧平台（“智慧大脑”）集成水动力模型、水质模型与控制模型，对系统状态进行分析和推演；泵站、闸门等设施（“执行手”）根据计算结果执行调度。

　　这套机制改变了排水调度的工作方式——系统从“水来再排”，逐步过渡到结合降雨过程和运行状态进行动态调控。调度人员的角色，也从直接操作设备，转变为对系统运行进行监控和策略管理。

三、一个关键发现：既有管网中的可利用空间

　　在模型分析过程中，项目发现：片区内部分大尺寸箱涵在多数降雨条件下未达到满负荷运行。在满足安全运行前提下，这意味着系统内部存在一定的可利用调蓄空间。

　　基于这一认识，项目在关键节点增设截流闸门，并配套实时控制策略：在降雨初期有选择地将部分水量临时蓄存于箱涵中，在降雨结束后再逐步有序释放，从而形成一定程度的调蓄效果。其核心作用并非单纯实现错峰排放，而是通过利用管网调蓄空间，尽可能截留高浓度污水，从而减少溢流发生频次，并降低溢流污染物总量。

　　模型测算表明，在合理调度条件下，片区内四段箱涵的可利用空间合计约2.3万立方米，对应一定规模的等效调蓄能力。这一能力来源于既有管网空间的优化利用，而非新增工程建设。

　　与新建同等规模调蓄设施相比，两种方案在占地、工期和投资方面存在明显差异（以下为项目测算数据，仅供参考）：

四、模型分析：系统运行效果的变化

　　基于2008至2017年实测降雨序列的模型回算结果显示，调蓄池建成并结合优化调度策略后，系统运行效果得到改善。

　　在溢流控制方面，在部分较小降雨条件下可实现基本无溢流；在较大降雨条件下，溢流量与溢流频次均呈下降趋势。各年份回算数据显示，年溢流频次相较基准工况下降幅度约在22%至36%之间，满足相关整改目标要求。

在污染削减方面，进入圭塘河的污染物总量有所减少。以COD（化学需氧量）为例，模型结果显示年削减量约在1万至2万公斤之间（具体数值随降雨条件变化）。

　　在引入箱涵联动调度后，在调蓄池基础上，年溢流频次进一步下降约7%至24%，系统应对连续降雨过程的能力得到提升。

需要说明的是，上述结果均基于模型回算，不同降雨情景下实际运行效果可能存在差异。在既有基础设施不发生根本性变化的情况下，系统运行效率和整体韧性仍有提升空间。

图4 RTC实施前后溢流频次变化（模型回算结果）

五、这个项目说明了什么

　　长期以来，城市排水系统升级主要依赖“扩容”路径——扩管、建池、增加设施。但在用地紧张和投资约束条件下，这一路径面临一定限制。

　　石碑大港项目提供了一种补充思路：即在工程建设与运行调度之间形成更加平衡的提升路径。通过数据整合、模型分析和运行优化，使既有系统更接近其潜在运行能力。这种方式并不替代必要的工程建设，但可以在一定程度上降低新增投资需求，同时提升系统的精细化管理水平。

　　从更广的视角看，RTC技术的意义还在于将分散设施连接为协同运行的整体，并推动管理方式由经验驱动向数据支撑转变。随着《城镇排水系统实时控制技术标准》于*开通会员可解锁*正式实施，相关技术正在逐步走向规范化应用。

六、从局部优化走向系统协同

　　石碑大港项目验证了RTC在片区尺度上的应用潜力，但这只是一个起点。下一步的重点在于实现支渠、主渠、泵站、调蓄设施与受纳水体之间的协同调度，推动系统从单点优化走向更大范围的整体优化。同时，RTC与降雨预测、应急响应及数据治理的结合，也将对系统性能产生重要影响。

　　在基础设施条件受限的情况下，通过技术与管理的协同优化，仍然可以提升系统的运行效率与适应能力。石碑大港项目，为这一方向提供了一个可参考的实践案例。

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