一、引言

隨著全球氣候變暖，極端降雨事件頻發(fā)，城市內(nèi)澇問題日益突出，給人民生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定帶來了嚴重威脅。城市排水防澇系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對于提升城市防災(zāi)減災(zāi)能力、保障城市正常運轉(zhuǎn)具有重要意義。

二、成因分析

城市內(nèi)澇的成因是多方面的，主要包括氣候變化、排水系統(tǒng)不完善以及人的預(yù)報能力有限等。氣候變化導(dǎo)致大氣水循環(huán)加快，環(huán)流不穩(wěn)定性增加，進一步引發(fā)極端降雨事件。同時，受城市熱島效應(yīng)、雨島效應(yīng)的影響，強降雨常集中于城市且雨量多、強度大。此外，城市發(fā)展快，城市防洪排澇工程相對滯后，城市排水管網(wǎng)規(guī)劃不合理、標準偏低、老化堵塞等問題積重難返。無序開發(fā)導(dǎo)致自然蓄水水體損失嚴重，湖泊內(nèi)河被填埋侵占，路面硬化滲透系數(shù)降低。而且，人類在災(zāi)害面前長期處于被動防御狀態(tài)，對于災(zāi)害數(shù)據(jù)無法及時全面、科學(xué)掌握，預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案能力有限，主動應(yīng)對性不足。

三、建設(shè)目標

城市排水防澇系統(tǒng)的建設(shè)目標是利用內(nèi)澇實時物聯(lián)感知、數(shù)據(jù)匯聚、水利數(shù)字孿生等技術(shù)手段，實現(xiàn)滾動預(yù)報、動態(tài)預(yù)警、前瞻預(yù)演、優(yōu)選預(yù)案，提高城市防洪排澇能力和應(yīng)急響應(yīng)速度和效率。

四、系統(tǒng)組成

（一）傳感器網(wǎng)絡(luò)

城市排水防澇系統(tǒng)依賴于廣泛布設(shè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括水位傳感器、雨量計、流量計、水質(zhì)傳感器等。這些傳感器安裝在河流、湖泊、水庫、城市排水管網(wǎng)等關(guān)鍵位置，實時采集水位、降雨量、流量、水質(zhì)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。例如，翻斗式雨量計能夠精確測量降雨量，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為脈沖信號進行傳輸；雷達水位計利用導(dǎo)波雷達技術(shù)，實現(xiàn)對寬幅水體的精確水位測量，具有精度高、響應(yīng)快、不受水質(zhì)和氣候影響等優(yōu)點。

（二）數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備

數(shù)據(jù)采集設(shè)備負責(zé)收集傳感器獲取的數(shù)據(jù)，并通過無線通信技術(shù)（如GPRS、NB-IoT）或互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。這些設(shè)備具備高穩(wěn)定性和可靠性，能夠在復(fù)雜的自然環(huán)境中長期工作，確保數(shù)據(jù)的實時傳輸和準確接收。

（三）數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是整個系統(tǒng)的核心，負責(zé)接收、存儲和管理來自各個監(jiān)測點的大量數(shù)據(jù)。它采用先進的數(shù)據(jù)庫技術(shù)和數(shù)據(jù)處理算法，對數(shù)據(jù)進行分類、整理和分析，為用戶提供全面、準確的水雨情信息。同時，數(shù)據(jù)中心還具備數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、報表生成等功能，方便用戶根據(jù)需要獲取所需數(shù)據(jù)。

（四）用戶界面

用戶界面為用戶提供了一個友好、直觀的操作平臺，通過云端界面，用戶可以隨時隨地查看實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測站點分布等信息，并根據(jù)需要設(shè)置預(yù)警參數(shù)、生成報表等。界面設(shè)計簡潔明了，操作方便，即使非專業(yè)人員也能輕松上手，提高了系統(tǒng)的實用性和普及性。

五、系統(tǒng)功能

（一）流量監(jiān)測

流量監(jiān)測是城市排水防澇系統(tǒng)的核心功能之一。通過在河道關(guān)鍵斷面設(shè)置雷達流量計等設(shè)備，利用多普勒雷達技術(shù)測量河道橫截面平均流速，結(jié)合河道幾何特性，計算河流流量。這些數(shù)據(jù)對于評估河道的行洪能力、優(yōu)化水資源配置、預(yù)防洪水災(zāi)害等方面具有重要意義。例如，在洪水來臨前，通過監(jiān)測流量變化，可以提前預(yù)測洪水的規(guī)模和到達時間，為防洪決策提供科學(xué)依據(jù)。

（二）實時監(jiān)測與預(yù)警

系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測水位、降雨量、流量等水文要素的變化情況，并結(jié)合預(yù)設(shè)的預(yù)警閾值，自動觸發(fā)預(yù)警信息。一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)超出正常范圍，系統(tǒng)將通過短信、郵件、APP推送等多種方式及時通知相關(guān)人員，提醒他們采取相應(yīng)的防范措施。這種實時監(jiān)測與預(yù)警功能大大提高了應(yīng)對水雨情突發(fā)事件的能力，減少了災(zāi)害損失。

（三）內(nèi)澇預(yù)警與應(yīng)對

在城市低洼地區(qū)、下立交等易積水地段安裝液位監(jiān)測儀、電子水尺等設(shè)備，實時監(jiān)測路面積水深度。結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和排水管網(wǎng)的流量信息，系統(tǒng)能夠預(yù)測內(nèi)澇風(fēng)險，提前啟動應(yīng)急預(yù)案，如開啟排水泵站、疏導(dǎo)交通等，有效減輕城市內(nèi)澇的影響。

（四）管網(wǎng)健康診斷

通過對排水管網(wǎng)長期運行數(shù)據(jù)的分析，系統(tǒng)可以評估管網(wǎng)的健康狀況，發(fā)現(xiàn)潛在的問題，如管道老化、腐蝕、淤積等。這有助于制定合理的管網(wǎng)維護計劃，延長管網(wǎng)的使用壽命，降低維護成本。

六、系統(tǒng)優(yōu)勢

（一）提高運行效率

城市排水防澇系統(tǒng)實現(xiàn)了對水文和氣象數(shù)據(jù)的自動化采集、傳輸和處理，大大提高了監(jiān)測工作的效率。管理人員無需再到現(xiàn)場進行人工觀測和數(shù)據(jù)記錄，節(jié)省了大量的人力和時間成本，能夠更及時地掌握水雨情動態(tài)，做出科學(xué)決策。

（二）降低維護成本

系統(tǒng)精準定位問題，減少不必要的開挖和檢修，降低維護成本。通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和管網(wǎng)異常，及時進行維修和保養(yǎng)，避免了因設(shè)備故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失和監(jiān)測中斷，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

（三）增強應(yīng)急能力

系統(tǒng)具備強大的應(yīng)急響應(yīng)能力，能夠在水雨情突發(fā)事件發(fā)生時迅速提供準確的數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。通過實時監(jiān)測和預(yù)警功能，相關(guān)部門可以提前做好應(yīng)急準備，如人員疏散、物資調(diào)配、防洪工程調(diào)度等，最大程度減少災(zāi)害損失。

（四）支持科學(xué)決策

城市排水防澇系統(tǒng)為水利、氣象等部門提供了全面、準確、實時的水雨情信息，支持科學(xué)決策。通過對大量歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的分析，可以深入了解水文規(guī)律，優(yōu)化水資源配置方案，提高水資源利用效率，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

七、意義與展望

城市排水防澇系統(tǒng)作為現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對于提升城市防洪排澇能力、增強防災(zāi)減災(zāi)能力、促進水資源合理利用等方面具有重要意義。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用的不斷拓展，城市排水防澇系統(tǒng)將不斷完善和發(fā)展，為保障國家水安全、推動經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。未來，該系統(tǒng)將與城市的其他基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)深度融合，共同構(gòu)建一個更加安全、高效、宜居的城市環(huán)境。