海绵城市建设是应对城市内涝、改善水资源循环的重要举措，而科学有效的评估是保障海绵城市建设成效的关键环节。在评估过程中，各类监测设备通过实时、精准采集数据，为分析海绵城市的渗透、滞蓄、净化、利用等功能提供核心支撑。本文将系统梳理海绵城市评估中常用的监测设备，剖析其工作原理、应用场景及数据价值。

一、水文水质监测设备：核心功能的直接反馈

水文水质是海绵城市 “渗、滞、蓄、净、用、排” 六大功能的核心评估维度，相关监测设备主要用于捕捉降雨 - 径流过程中的水量、水位及水质变化，是判断海绵设施效能的基础工具。

（一）雨量监测设备：降雨过程的精准记录

降雨是海绵城市运行的 “输入源”，雨量数据直接影响对径流削减、渗透效率的评估，常用设备包括翻斗式雨量计和超声波雨量计。

翻斗式雨量计：应用最广泛的雨量监测设备，核心原理是通过降雨累积重量触发翻斗翻转，每翻转一次对应固定雨量（如 0.1mm、0.5mm），再通过信号传输记录翻转次数，换算成降雨量。其优势是精度高（误差≤±2%）、稳定性强，适用于小区、道路、公园等各类海绵区域的单点或多点降雨监测，可与其他设备联动，分析 “降雨 - 径流” 响应关系。

超声波雨量计：基于超声波测距原理，通过传感器发射超声波，测量雨滴在空气中传播时的信号衰减或液面高度变化，间接计算降雨量。相比翻斗式，它无机械磨损、抗干扰能力强（如避免落叶、沙尘堵塞），适合暴雨、大风等恶劣天气，常用于城市级海绵监测网络的关键站点，补充极端降雨数据。

（二）水位与流量监测设备：径流过程的动态捕捉

水位和流量数据反映海绵设施对径流的 “滞蓄” 和 “排放” 能力，是评估内涝防治效果的核心，常用设备包括液位传感器、电磁流量计和多普勒流量计。

液位传感器：用于监测海绵设施（如蓄水池、生物滞留设施、雨水罐）及管网中的水位变化，分为投入式、超声波式、浮球式等类型。投入式液位传感器通过探头测量液体压力，换算成水位，适用于封闭或半封闭设施（如地下蓄水池）；超声波液位传感器通过非接触式测量，避免水质腐蚀，适合生物滞留池、植草沟等露天设施。水位数据可用于计算设施蓄水量、渗透速率，判断是否存在积水风险。

电磁流量计：基于电磁感应原理，当导电的雨水径流通过流量计的磁场时，会产生与流量成正比的感应电动势，通过测量电动势计算流量。其优势是无机械部件、测量范围广（可测 0.1m/s~10m/s 流速）、精度高（误差≤±0.5%），适合监测雨水管网、泵站出口等固定管道的径流流量，评估海绵区域的径流总量削减率和峰值延迟效果。

多普勒流量计：分为超声波多普勒和电磁多普勒两种，通过发射多普勒信号，测量水流中颗粒（如泥沙）的运动速度，间接计算流量。相比电磁流量计，它无需管道满流，适用于植草沟、明渠等非封闭径流通道，可监测海绵设施的入流、出流流量，分析渗透量（入流 - 出流 = 渗透量），是评估生物滞留、渗透塘等设施渗透效能的关键设备。

（三）水质监测设备：雨水净化效果的科学评估

海绵城市的 “净” 功能要求雨水经过处理后达到回用或排放标准，水质监测设备主要用于检测雨水中的悬浮物、化学需氧量（COD）、氨氮等指标，常用设备包括在线水质分析仪和便携式水质检测仪。

在线水质分析仪：可实现实时、连续监测，核心模块包括采样单元、检测单元和数据传输单元。例如，浊度在线分析仪通过测量光线穿过水样的散射程度，反映悬浮物浓度；COD 在线分析仪通过化学氧化法（如重铬酸钾法）测量有机物含量。这类设备通常安装在海绵设施出口（如雨水回用系统前端、排放口），实时监控出水水质，判断设施净化效果是否达标，如生物滞留设施对悬浮物的去除率是否达到 60% 以上（《海绵城市建设评价标准》要求）。

便携式水质检测仪：适用于现场抽检或临时监测，如手持浊度计、COD 快速检测仪等。其优势是体积小、操作便捷，可在降雨后快速采集不同点位（如设施入口、中部、出口）的水样，对比分析污染物沿程去除效果，补充在线监测的空间覆盖不足问题，尤其适合小区级海绵设施的阶段性评估。

二、土壤与地下水监测设备：“渗” 与 “蓄” 功能的深层洞察

海绵城市的 “渗” 功能依赖土壤渗透性能，“蓄” 功能还包括对地下水的补给，因此土壤与地下水监测设备是评估海绵设施生态效益的重要补充。

（一）土壤水分传感器：渗透性能的动态监测

土壤水分含量直接影响雨水下渗速率，是评估生物滞留设施、渗透铺装、绿地等 “渗滞” 类设施效能的关键指标，常用设备为时域反射仪（TDR）土壤水分传感器和频域反射仪（FDR）土壤水分传感器。

TDR 土壤水分传感器：通过发射高频电磁脉冲，测量脉冲在土壤中的传播时间，利用土壤介电常数与水分含量的相关性，计算土壤体积含水量。其优势是测量精度高（误差≤±1%）、响应速度快，适用于监测不同土层（如表层 250px、中层 750px）的水分变化，分析雨水下渗深度和渗透速率，判断土壤是否出现饱和（饱和后渗透能力下降，可能产生径流）。

FDR 土壤水分传感器：基于电磁共振原理，通过测量土壤对高频信号的阻抗，换算成水分含量。相比 TDR，它成本更低、功耗更小，适合大规模布设（如在渗透铺装区域每隔 50m 布设一个），长期监测土壤水分动态，评估海绵设施对土壤水的补充效果，以及干旱季节的土壤保水能力。

（二）地下水监测设备：地下水补给的量化评估

海绵城市的重要目标之一是通过雨水渗透补给地下水，缓解城市地下水超采问题，常用设备为地下水水位计和地下水水质采样器。

地下水水位计：分为手动和自动两种，自动地下水水位计通过投入式液位传感器或压力传感器，长期监测地下水位变化，记录降雨后水位上升幅度和持续时间，量化海绵设施的地下水补给量。例如，在渗透铺装区域周边布设地下水监测井，对比海绵设施建设前后的地下水位变化，评估补给效益。

地下水水质采样器：用于采集地下水样，分析 pH 值、总硬度、重金属（如铅、镉）等指标，判断雨水渗透是否对地下水造成污染。常用的有贝勒管采样器（手动）和自动采样器，可在降雨后不同时段采集水样，监测污染物是否随雨水下渗进入地下水，为海绵设施的滤料选择（如活性炭、石英砂）提供优化依据。

三、气象与环境监测设备：评估场景的全面支撑

除了水文水质，气象条件（如风速、温度、湿度）和周边环境（如大气沉降、地表温度）也会影响海绵设施的运行效果，相关监测设备为评估提供更全面的场景信息。

（一）气象辅助监测设备：降雨之外的环境参数

风速风向传感器：风速会影响降雨的空间分布（如暴雨时的 “雨帘偏移”），进而影响雨量计的测量精度；风向则可能影响地表径流的流向（如道路坡度 + 风向导致的径流汇集）。风速风向传感器通过机械旋转（如杯式风速计）或超声波原理，实时记录风速（精度 ±0.1m/s）和风向（精度 ±3°），数据可用于校正雨量数据偏差，分析复杂地形下的径流规律。

温湿度传感器：温度和湿度影响土壤蒸发速率和植物蒸腾作用，进而影响海绵设施的蓄水量消耗（如蓄水池的蒸发损失）。温湿度传感器通过热敏电阻或电容式传感器，测量空气或土壤中的温湿度（温度精度 ±0.5℃，湿度精度 ±3%），常用于评估雨水回用系统的水量平衡（如回用水量 = 蓄水量 - 蒸发量 - 渗透量），以及绿地植被的生长环境（湿度影响植物对雨水的利用效率）。

（二）地表环境监测设备：海绵设施的生态效益反馈

地表温度传感器：海绵城市中的透水铺装、绿地等设施可通过蒸发降温缓解城市热岛效应，地表温度是评估这一生态效益的关键指标。地表温度传感器通过红外测温原理，非接触式测量地表温度（精度 ±0.3℃），可对比透水铺装与普通沥青路面的温度差异（通常透水铺装夏季温度低 3~5℃），量化海绵设施的热环境改善效果。

大气沉降采样器：大气中的颗粒物、污染物（如 SO₂、NOx）会随降雨进入海绵设施，影响雨水水质和设施寿命。大气沉降采样器通过收集干沉降（如灰尘）和湿沉降（如降雨），分析污染物输入量，判断海绵设施的 “净” 功能是否需要应对外部污染负荷，为滤料更换周期、预处理措施（如初期雨水弃流）提供依据。

四、设备联动与数据应用：从 “单点监测” 到 “综合评估”

单一设备的监测数据仅能反映海绵城市某一维度的特征，实际评估中需通过设备联动构建 “多源数据网络”，并结合模型分析实现综合效能评估。

（一）设备联动：构建全流程监测体系

例如，在某海绵小区的评估中，翻斗式雨量计记录降雨过程，液位传感器监测生物滞留池的水位变化，多普勒流量计测量入流和出流流量，土壤水分传感器追踪雨水下渗过程，在线水质分析仪监测出水 COD 和悬浮物浓度。这些设备通过物联网（IoT）技术连接至数据平台，实现 “降雨 - 入流 - 滞蓄 - 下渗 - 净化 - 排放” 全流程数据的同步采集，避免单一数据的局限性。

（二）数据价值：支撑评估与优化

监测数据通过以下方式服务于海绵城市评估：

效能评估：通过径流总量削减率（（现状径流量 - 海绵后径流量）/ 现状径流量）、峰值流量削减率、地下水补给量、水质达标率等指标，判断海绵设施是否达到设计要求（如《海绵城市建设技术指南》要求年径流总量控制率不低于 70%）。

问题诊断：若监测发现某生物滞留池水位下降缓慢，结合土壤水分数据可判断土壤渗透性能下降，需更换滤料；若出水水质超标，结合大气沉降数据可分析是否为外部污染负荷过高，需增设初期雨水弃流装置。

模型校准：监测数据可用于校准海绵城市水文模型（如 SWMM 模型），提高模型对未来降雨情景（如 50 年一遇暴雨）的预测精度，为海绵城市的优化设计提供依据。

五、结语

海绵城市评估中的监测设备是 “用数据说话” 的核心工具，从水文水质的核心监测，到土壤地下水的深层洞察，再到气象环境的场景支撑，各类设备共同构建了海绵城市运行的 “数据画像”。随着物联网、人工智能技术的发展，未来监测设备将向 “高精度、低功耗、智能化” 方向升级，例如通过 AI 算法实现水质异常的实时预警、基于大数据优化海绵设施的运行调度，进一步提升海绵城市评估的科学性和时效性，为城市水资源可持续管理提供更坚实的技术支撑。