一、建設背景與現實挑戰

城市內澇作為現代城市化進程中凸顯的復合型災害，其形成機制與城市化快速推進的結構性矛盾緊密相關。隨著城市建設用地規模擴張，大面積硬化地表取代自然土壤，導致雨水滲透能力下降 60% 以上，地表徑流系數明顯提高。據統計，我國現有超過 60% 的城市排水系統設計標準低于一年一遇，部分老城區管網甚至仍沿用建國初期建設標準，面對極端降雨事件時排水能力嚴重不足。全球氣候變化背景下，暴雨強度與頻率呈現雙增長趨勢，近十年全國年均強降雨日數較上世紀末增加 12%，疊加城市綠地系統退化、河湖水系調蓄空間被侵占等因素，內澇災害已成為威脅城市安全運行的重要隱患。

國家層面高度重視城市內澇防治工作，《“十四五” 城市排水防澇體系建設行動計劃》明確提出構建 “監測 - 預警 - 調度 - 評估” 全鏈條防控體系。在此政策導向下，建立高精度、全覆蓋的城市內澇積水監測預警系統，成為提升城市災害韌性、保障民生安全的迫切需求。該系統通過對道路積水深度、流速、雨量等關鍵指標的實時感知，為城市防汛指揮提供科學決策依據，有效降低內澇導致的交通中斷、財產損失及生命安全風險。

二、系統架構與技術體系

城市內澇積水監測預警系統采用 “空天地” 一體化技術架構，融合物聯網感知、大數據分析、GIS 空間建模等技術手段，構建全要素、多維度的監測預警網絡。

（一）硬件感知層

系統硬件體系以分布式傳感器網絡為重點，針對不同應用場景部署差異化監測設備。在城市低洼路段、下穿隧道等易澇區域，采用地埋式積水監測裝置，可實現 0.005 米至 5 米量程范圍內的水位監測，測量精度達 ±1 毫米。裝置采用太陽能與鋰電池復合供電系統，在無外部電源條件下可維持 10 年以上待機狀態，滿足長期穩定運行需求。對于河道、泄洪道、排水管道等關鍵節點，配置多普勒流速流量儀與翻斗式雨量計，其中雨量計分辨率可達 0.2 毫米，雨強監測范圍覆蓋 0 至 8 毫米 / 分鐘，為流域洪水演進模擬提供基礎數據支撐。

（二）數據傳輸層

建立多制式融合的通信網絡，根據監測點分布特點選擇傳輸方式。對于主城區密集區域，采用 NB-IoT 與 4G 全網通通信模塊，實現數據分鐘級實時傳輸；偏遠郊區或信號盲區則部署 LoRa 無線傳輸網絡，通信距離可達 5 公里以上。所有監測設備均支持斷點續傳功能，當網絡中斷時可緩存不少于 3 個月的監測數據，待網絡恢復后自動補發，確保數據完整性。

（三）平臺應用層

云數據平臺作為系統中樞，具備數據匯聚、智能分析與預警發布等重點功能。平臺采用微服務架構，支持實時數據可視化、歷史曲線查詢、報表生成等操作。

三、應用場景與實施效果（一）典型場景應用

1. 低洼路段監測：在城市立交橋下、隧道入口等易澇點部署監測設備，結合 LED 顯示屏實時顯示積水深度，當水位超過安全閾值時自動啟動聲光報警，引導車輛繞行。某試點城市在 2023 年汛期通過該系統提前預警 23 次，成功避免因積水導致的交通事故 17 起。
2. 流域防洪調度：在城市上游河道部署流速流量監測站，將實時數據接入洪水預報模型，預測洪峰到達時間與水位高度，為水庫調度、人員轉移爭取寶貴時間。某流域應用該系統后，洪水預報精度提升 30%，調度決策時間縮短 50%。
3. 排水管網管理：通過在管網關鍵節點安裝壓力傳感器，實時監測管網運行狀態，發現堵塞、過載等異常情況及時報警，輔助管網維護部門準確定位故障點，提高養護效率。某城區應用后，管網故障處理時間由平均 4 小時縮短至 1.5 小時。

從社會效益看，系統明顯提升城市內澇應急響應能力，據統計可使內澇導致的經濟損失降低 40% 以上，保障市民出行安全。經濟效益方面，通過準確調度減少泵站無效運行時間，某城市年節電達 120 萬千瓦時；同時避免因積水導致的道路損毀維修費用，年節約市政維護成本約 800 萬元。環境效益上，系統助力實現雨水資源的科學管理，通過優化調度提高雨水利用率，減少面源污染排放。

四、未來發展與優化方向

隨著新型智慧城市建設推進，內澇監測預警系統將向智能化、集成化方向深度發展。一方面，引入 5G、北斗定位等新技術，提升數據傳輸速率與定位精度，實現毫米級積水監測；另一方面，加強與城市大腦平臺的深度融合，整合氣象、交通、城管等多源數據，構建更完善的城市水安全保障體系。此外，基于人工智能技術優化預測模型，提高極端天氣下的預警準確率，是未來技術攻關的重點方向。