在城市内涝积水监测中，暴雨期间地表杂物（如落叶、塑料袋、树枝、建筑垃圾等）极易堵塞窨井内的监测设备（如液位传感器、流量计），导致数据失真或设备损坏。针对这一问题，需从传感器结构设计、防护装置创新、智能运维策略三方面入手，结合材料科学与流体力学原理，构建多层次防堵塞解决方案。

一、传感器结构优化：减少物理堵塞风险

1. 非接触式监测技术替代传统接触式设备

雷达液位计：采用高频雷达波穿透水面监测液位，无需物理接触水体，彻底避免杂物缠绕或堵塞。例如，FMCW（调频连续波）雷达可在 1250px 至 30m 范围内实现 ±3mm 精度，适用于深窨井场景。

图像识别技术：在窨井上方安装防水摄像头，通过 AI 视觉算法（如 YOLOv8）分析水面反光或涟漪特征，间接推算水位高度。需结合深度学习模型排除漂浮物干扰（如训练模型识别积水与垃圾堆积的视觉差异）。

压力式液位计改良：若必须使用接触式设备，可将压力传感器探头设计为凸面弧顶结构，利用流体力学原理引导杂物沿弧面滑落，减少滞留概率。同时，采用疏水性涂层（如聚四氟乙烯）降低杂物粘附力。

2. 多孔分流与自清洁设计

蜂窝状导流罩：在传感器外部加装蜂窝状金属罩（孔径 2-5mm），通过多层孔径递减的滤网过滤大体积杂物（如树枝、塑料袋），同时允许水流通过。滤网需倾斜 30° 安装，利用水流冲击力自动冲刷表面附着的树叶等轻杂物。

脉冲反吹技术：内置微型气泵，定期（如每小时一次）向传感器表面喷射高压气流，吹落粘附的泥沙或纤维状杂物。对于油污等粘性物质，可结合超声波振动模块（20-40kHz）破坏附着物结合力，实现自清洁。

二、防护装置创新：构建物理隔离屏障

1. 智能浮动拦截装置

可升降式拦污栅：在窨井口下方 1250px 处安装浮动式拦污栅，由不锈钢网格（孔径 10mm）和浮力模块组成。当水位上升时，拦污栅随水面浮动，拦截漂浮物；水位下降时，栅体回落至低位，通过自重抖落杂物。配合机械臂或气动装置，可在暴雨后自动提升栅体进行集中清理。

磁吸式杂物收集器：在拦污栅网格内嵌永磁体，吸附雨水携带的金属碎屑（如施工残留铁钉），避免尖锐物体划伤传感器电缆。定期通过电磁脉冲释放吸附物，便于统一回收。

2. 仿生学防堵塞结构

仿鱼鳃式进水口：借鉴鱼类鳃盖的单向开合原理，设计可旋转的瓣状进水口。水流正向流入时，瓣片自动张开；杂物逆流时（如管道倒灌），瓣片闭合形成屏障，阻止大块物体进入传感器区域。

螺旋导流通道：在窨井内壁设置螺旋形导流槽，引导水流沿井壁旋转下降，利用离心力将轻质杂物（如塑料袋）甩向井壁上方，通过顶部预留的排渣口（带防虫网）排出，减少进入传感器区域的杂物量。

三、智能运维策略：动态监测与主动干预

1. 堵塞状态实时预警

多参数联合监测：在传感器内部集成压差传感器和流量传感器，当滤网或导流罩被杂物堵塞时，进出口压差骤增、流量异常下降，系统自动触发预警。例如，设定压差阈值≥5kPa 时判定为轻度堵塞，≥10kPa 时为重度堵塞。

声学监测技术：通过麦克风采集水流通过传感器时的声音信号，利用傅里叶变换分析频谱特征。当杂物堵塞导致水流异响（如湍流噪声增大）时，AI 算法可识别异常并预警。

2. 远程联动清淤机制

液压驱动清淤机器人：在窨井内预置小型履带式清淤机器人，搭载高压水枪和机械爪。当监测到堵塞预警时，机器人自动移动至堵塞位置，通过水枪冲洗滤网或抓取大块杂物，清理后的垃圾暂存于机器人内置垃圾箱，待雨后由人工回收。

市政管网联动调度：与城市排水系统的闸门、泵站联动，当窨井内杂物堆积严重时，临时提升上游泵站排水功率，通过水流冲击力协助冲刷堵塞物；或短暂关闭下游闸门，利用上游水位升高产生的水压倒灌清理滤网。

四、材料与工艺升级：提升抗堵塞耐用性

1. 超疏水与抗粘附材料

类荷叶表面涂层：在传感器外壳和防护装置表面喷涂二氧化钛 - 石墨烯复合涂层，利用纳米级粗糙结构和低表面能特性（接触角＞150°），使水滴和杂物难以附着，实现 “自清洁” 效果。

弹性记忆材料：采用形状记忆聚合物（SMP）制作滤网，当杂物缠绕导致滤网变形时，通过加热（如通电或阳光照射）触发材料回弹，抖落附着物。

2. 模块化易维护设计

快拆式传感器舱：将传感器组件设计为独立模块化舱体，通过卡扣或磁吸方式固定于窨井内壁。堵塞时可远程操控舱体自动脱落，随水流漂浮至地面检查井，由环卫工人快速更换备用舱体，减少下井作业风险。

自降解滤网：对于偏远区域的窨井，可使用由聚乳酸（PLA）制成的可降解滤网，暴雨期间拦截杂物，长期浸泡后（约 3 个月）自然分解，避免传统塑料滤网形成二次污染。

五、工程案例与效果验证

日本东京下水道防堵塞系统：在千代田区试点 “涡流防淤窨井”，通过底部螺旋导流槽和顶部拦污网结合，使杂物堵塞率降低 67%，配合定期高压水冲洗，设备维护频率从每月 3 次降至每月 1 次。

深圳前海智慧排水项目：采用雷达液位计 + 蜂窝状拦污栅组合方案，在暴雨期间成功拦截 92% 的漂浮物，传感器故障率从 18%/ 年降至 3%/ 年，同时通过 AI 图像识别算法将漂浮物误判为积水的概率从 25% 降至 5% 以下。

总结：系统性防堵塞方案的核心原则

解决窨井监测设备堵塞问题需遵循 “预防为主、智能感知、主动运维” 原则，通过非接触监测减少物理接触、仿生结构优化流体路径、智能预警联动清淤设备、环保材料降低维护成本的多维协同，构建全流程防堵塞体系。未来可进一步融合物联网（IoT）与 5G 技术，实现堵塞状态的秒级响应和跨部门清淤资源调度，提升城市内涝监测系统的可靠性和应急效率。