随着全球气候变暖，极端降雨事件频发，城市内涝问题日益突出，给人民生命财产安全和社会稳定带来了严重威胁。城市排水防涝系统作为城市基础设施的重要组成部分，对于提升城市防灾减灾能力、保障城市正常运转具有重要意义。
二、成因分析
城市内涝的成因是多方面的，主要包括气候变化、排水系统不完善以及人的预报能力有限等。气候变化导致大气水循环加快，环流不稳定性增加，进一步引发极端降雨事件。同时，受城市热岛效应、雨岛效应的影响，强降雨常集中于城市且雨量多、强度大。此外，城市发展快，城市防洪排涝工程相对滞后，城市排水管网规划不合理、标准偏低、老化堵塞等问题积重难返。无序开发导致自然蓄水水体损失严重，湖泊内河被填埋侵占，路面硬化渗透系数降低。而且，人类在灾害面前长期处于被动防御状态，对于灾害数据无法及时全面、科学掌握，预报、预警、预演、预案能力有限，主动应对性不足。
三、建设目标
城市排水防涝系统的建设目标是利用内涝实时物联感知、数据汇聚、水利数字孪生等技术手段，实现滚动预报、动态预警、前瞻预演、优选预案，提高城市防洪排涝能力和应急响应速度和效率。
四、系统组成
（一）传感器网络
城市排水防涝系统依赖于广泛布设的传感器网络，包括水位传感器、雨量计、流量计、水质传感器等。这些传感器安装在河流、湖泊、水库、城市排水管网等关键位置，实时采集水位、降雨量、流量、水质等关键数据。例如，翻斗式雨量计能够精确测量降雨量，并将数据转换为脉冲信号进行传输；雷达水位计利用导波雷达技术，实现对宽幅水体的精确水位测量，具有精度高、响应快、不受水质和气候影响等优点。
（二）数据采集与传输设备
数据采集设备负责收集传感器获取的数据，并通过无线通信技术（如GPRS、NB-IoT）或互联网将数据传输至数据中心。这些设备具备高稳定性和可靠性，能够在复杂的自然环境中长期工作，确保数据的实时传输和准确接收。
（三）数据中心
数据中心是整个系统的核心，负责接收、存储和管理来自各个监测点的大量数据。它采用先进的数据库技术和数据处理算法，对数据进行分类、整理和分析，为用户提供全面、准确的水雨情信息。同时，数据中心还具备数据查询、统计分析、报表生成等功能，方便用户根据需要获取所需数据。
（四）用户界面
用户界面为用户提供了一个友好、直观的操作平台，通过云端界面，用户可以随时随地查看实时数据、历史数据、监测站点分布等信息，并根据需要设置预警参数、生成报表等。界面设计简洁明了，操作方便，即使非专业人员也能轻松上手，提高了系统的实用性和普及性。
五、系统功能
（一）流量监测
流量监测是城市排水防涝系统的核心功能之一。通过在河道关键断面设置雷达流量计等设备，利用多普勒雷达技术测量河道横截面平均流速，结合河道几何特性，计算河流流量。这些数据对于评估河道的行洪能力、优化水资源配置、预防洪水灾害等方面具有重要意义。例如，在洪水来临前，通过监测流量变化，可以提前预测洪水的规模和到达时间，为防洪决策提供科学依据。
（二）实时监测与预警
系统能够实时监测水位、降雨量、流量等水文要素的变化情况，并结合预设的预警阈值，自动触发预警信息。一旦监测数据超出正常范围，系统将通过短信、邮件、APP推送等多种方式及时通知相关人员，提醒他们采取相应的防范措施。这种实时监测与预警功能大大提高了应对水雨情突发事件的能力，减少了灾害损失。
（三）内涝预警与应对
在城市低洼地区、下立交等易积水地段安装液位监测仪、电子水尺等设备，实时监测路面积水深度。结合气象数据和排水管网的流量信息，系统能够预测内涝风险，提前启动应急预案，如开启排水泵站、疏导交通等，有效减轻城市内涝的影响。
（四）管网健康诊断
通过对排水管网长期运行数据的分析，系统可以评估管网的健康状况，发现潜在的问题，如管道老化、腐蚀、淤积等。这有助于制定合理的管网维护计划，延长管网的使用寿命，降低维护成本。
六、系统优势
（一）提高运行效率
城市排水防涝系统实现了对水文和气象数据的自动化采集、传输和处理，大大提高了监测工作的效率。管理人员无需再到现场进行人工观测和数据记录，节省了大量的人力和时间成本，能够更及时地掌握水雨情动态，做出科学决策。
（二）降低维护成本
系统精准定位问题，减少不必要的开挖和检修，降低维护成本。通过实时监测和数据分析，能够提前发现设备故障和管网异常，及时进行维修和保养，避免了因设备故障导致的数据丢失和监测中断，提高了系统的可靠性和稳定性。
（三）增强应急能力
系统具备强大的应急响应能力，能够在水雨情突发事件发生时迅速提供准确的数据支持和决策依据。通过实时监测和预警功能，相关部门可以提前做好应急准备，如人员疏散、物资调配、防洪工程调度等，最大程度减少灾害损失。
（四）支持科学决策
城市排水防涝系统为水利、气象等部门提供了全面、准确、实时的水雨情信息，支持科学决策。通过对大量历史数据和实时数据的分析，可以深入了解水文规律，优化水资源配置方案，提高水资源利用效率，实现可持续发展。
七、意义与展望
城市排水防涝系统作为现代城市基础设施的重要组成部分，对于提升城市防洪排涝能力、增强防灾减灾能力、促进水资源合理利用等方面具有重要意义。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，城市排水防涝系统将不断完善和发展，为保障国家水安全、推动经济社会可持续发展做出更大的贡献。未来，该系统将与城市的其他基础设施系统深度融合，共同构建一个更加安全、高效、宜居的城市环境。