城市排水管网是保障城市正常运行的 “地下生命线”，承担着雨水排除、污水输送的重要功能。随着城市化进程加快，内涝灾害、管网老化、污水溢流等问题日益凸显，传统 “被动维修” 的管理模式已无法满足现代城市治理需求。构建科学、高效的排水管网监测系统，实现 “主动感知、精准管控、智慧决策”，成为提升城市排水系统韧性的关键举措。本文将从需求分析、系统架构设计、核心功能落地、保障措施四个维度，系统阐述城市排水管网监测系统的建设思路，为实际工程实施提供参考。

一、建设需求分析：明确监测系统的核心目标与边界

在启动监测系统建设前，需结合城市规模、管网现状、管理痛点等因素，明确系统的核心需求，避免 “盲目建设” 或 “功能冗余”。城市排水管网监测系统的需求主要聚焦于以下四个维度：

（一）安全运行需求：防范内涝与管网故障

内涝灾害是城市排水系统面临的首要风险，监测系统需优先满足 “内涝预警” 与 “故障识别” 需求。具体包括：实时监测管网水位（避免满管溢流）、流速（判断管网拥堵情况）、流量（掌握排水负荷），以及关键节点（如低洼路段、下穿通道、泵站入口）的积水深度；同时，需识别管网破损（如渗漏、塌陷）、堵塞（如泥沙淤积、异物堵塞）等故障，通过数据异常分析提前预警，减少 “雨后抢险” 的被动性。例如，当监测到某路段管网水位 1 小时内上升 0.5m 且流速下降 50%，系统需自动判定为 “疑似堵塞”，并推送预警信息至管理人员。

（二）水质监管需求：控制污水溢流与污染扩散

随着环保要求提升，排水管网的 “水质监测” 需求日益迫切。系统需监测管网内污水的 COD、氨氮、悬浮物（SS）等关键指标，以及雨水管网的初期雨水污染浓度，避免污水直排河道、雨水管网混接污水等问题。例如，在合流制管网的溢流口安装水质传感器，实时监测溢流污水的污染物浓度，若超标则触发预警，联动泵站或调蓄设施减少排放；在工业区周边管网布设水质监测点，监控工业废水是否违规接入市政管网，防范水体污染风险。

（三）运维管理需求：提升管网维护效率

传统管网维护依赖人工巡检，存在 “效率低、成本高、覆盖不全” 的问题，监测系统需满足 “精细化运维” 需求。具体包括：通过流量、水位数据分析管网负荷分布，优化巡检路线（如优先巡检高负荷、高风险路段）；通过管道内窥检测（CCTV）数据与实时监测数据联动，评估管网老化程度，制定针对性修复计划（如对年泄漏量超 5% 的管道优先更换）；记录维护工单的执行情况（如清淤时间、修复效果），形成 “监测 - 评估 - 维护 - 反馈” 的闭环管理，降低运维成本（通常可减少 30% 以上的无效巡检）。

（四）智慧决策需求：支撑规划与应急调度

监测系统需为城市排水系统的长期规划与应急调度提供数据支撑。例如，通过长期监测数据建立管网水力模型，模拟不同降雨情景（如 5 年一遇、10 年一遇暴雨）下的管网运行状态，为管网改造、泵站建设提供规划依据；在暴雨天气时，通过实时数据动态调整泵站运行参数（如提升泵速）、开启调蓄设施，实现 “错峰排水”，缓解内涝压力。

二、系统架构设计：构建 “感知 - 传输 - 平台 - 应用” 四层体系

城市排水管网监测系统需遵循 “模块化、可扩展、易维护” 原则，构建 “感知层、传输层、平台层、应用层” 四层架构，确保数据从采集到应用的全流程通畅、高效。

（一）感知层：实现管网状态的全面感知

感知层是监测系统的 “眼睛”，需根据管网节点类型（如管道、泵站、检查井、溢流口）布设相应的监测设备，实现 “水位、流量、水质、工况、环境” 五大类数据的采集：

管道监测：在关键管道（如主干道管网、易堵路段管网）布设超声波 / 电磁流量计（监测流量、流速）、投入式液位传感器（监测管道水位）；在老旧管道、易渗漏路段布设管道变形传感器（监测管道塌陷、变形）、渗漏传感器（监测管道渗漏量）。

节点监测：在检查井（尤其是低洼区域、居民区周边）布设超声波液位计（监测井内水位，避免满溢）、视频摄像头（识别井内异物、堵塞情况）；在溢流口、雨水排放口布设在线水质分析仪（监测 COD、SS、氨氮）、液位传感器（监测溢流情况）。

泵站与调蓄设施监测：在排水泵站布设电机电流传感器（监测泵站工况）、压力传感器（监测进出水压力）；在调蓄池布设液位传感器（监测蓄水量）、水位开关（控制进水与排水阀门）。

环境辅助监测：在监测点周边布设雨量计（监测降雨强度与降雨量）、温湿度传感器（校正监测数据偏差），为管网运行状态分析提供环境背景数据。

设备选型需兼顾 “性能” 与 “成本”，例如，在重点区域（如市中心、交通枢纽）选用高精度设备（如雷达液位计、电磁流量计），在次要区域（如郊区、低人口密度区）选用经济型设备（如超声波液位计、便携式水质检测仪），实现 “重点覆盖、全面感知”。

（二）传输层：保障数据的稳定传输

传输层是监测系统的 “血管”，需根据监测点的地理位置（如市区、郊区、偏远区域）、网络条件，选择 “有线 + 无线” 结合的传输方式，确保数据实时、可靠上传：

有线传输：对于泵站、污水处理厂等固定设施，优先采用光纤传输（带宽大、稳定性高），用于传输大量数据（如视频监控、高清水质监测数据）；对于市区内的检查井、管道监测点，可利用市政现有通信管网（如运营商宽带）实现有线连接，降低建设成本。

无线传输：对于郊区、偏远区域的监测点（如郊区雨水管网），或无法铺设有线的临时监测点，采用无线传输方式，包括：4G/5G（适用于数据量大、实时性要求高的场景，如液位、流量数据）、LoRa（适用于低功耗、远距离的场景，如管道渗漏传感器，传输距离可达 1-10km，续航时间可达 2-5 年）、NB-IoT（适用于密集部署的场景，如居民区检查井，支持海量连接，每平方公里可连接数万设备）。

同时，需在传输层设置 “数据加密” 与 “断点续传” 功能：通过 VPN 加密、数据签名等技术保障数据安全，避免被篡改或泄露；当网络中断时，设备自动存储数据（本地存储容量需满足 7-15 天数据存储需求），网络恢复后自动补传，确保数据完整性。

（三）平台层：构建数据整合与分析的核心中枢

平台层是监测系统的 “大脑”，需整合多源数据，提供数据存储、处理、分析、建模等核心能力，为应用层提供支撑。平台建设需包含以下核心模块：

数据存储模块：采用 “时序数据库 + 关系数据库” 混合存储架构：时序数据库（如 InfluxDB、TimescaleDB）用于存储海量实时监测数据（如每 10 分钟一条的水位、流量数据），支持高并发写入与快速查询；关系数据库（如 MySQL、PostgreSQL）用于存储静态数据（如管网 GIS 数据、设备档案、维护工单），便于数据关联分析。

数据处理模块：实现数据清洗（剔除异常值，如因设备故障导致的水位骤升骤降）、数据融合（将同一监测点的水位、流量、雨量数据关联，分析 “降雨 - 水位 - 流量” 响应关系）、数据标准化（将不同设备的监测数据转换为统一格式，如水位单位统一为 “m”，流量单位统一为 “m³/h”）。

模型分析模块：集成管网水力模型（如 SWMM、InfoWorks ICM）、水质模型（如 QUAL2K），通过实时监测数据校准模型参数，实现以下功能：模拟不同降雨情景下的管网水力状态（如积水范围、溢流点）、预测管网运行趋势（如未来 2 小时内某路段是否会发生内涝）、评估管网改造方案效果（如新增调蓄池后内涝缓解率）。

平台需具备 “开放性”，支持与城市智慧水务平台、应急管理平台、气象平台的数据对接，例如，从气象平台获取未来 24 小时降雨预报，提前启动内涝应急响应；向应急管理平台推送内涝预警信息，联动交通部门实施道路管控。

（四）应用层：满足不同用户的个性化需求

应用层是监测系统的 “输出端”，需针对不同用户（如管理人员、运维人员、决策人员）的需求，设计差异化的应用功能，通过 Web 端、移动端（APP、小程序）提供服务：

运行监控应用：面向运维人员，提供管网实时运行状态可视化展示（如 GIS 地图上标注监测点位置，用颜色区分水位等级：绿色为正常、黄色为警戒、红色为超标）、设备状态监控（如设备在线 / 离线状态、故障报警），支持一键调取监测点历史数据（如近 7 天水位变化曲线）。

预警告警应用：面向管理人员，设置多级预警阈值（如水位预警分为 “警戒水位”“紧急水位”“溢流水位”），当监测数据超标时，通过短信、APP 推送、平台弹窗等方式实时告警，并自动生成 “预警处置建议”（如水位超警戒时，建议调度周边泵站加大抽排力度）。

运维管理应用：面向运维团队，支持工单创建（如根据堵塞预警生成 “管道清淤工单”）、工单派发、进度跟踪、效果评估（如清淤后对比管道流速变化，判断清淤效果），形成运维闭环；同时，提供设备台账管理（如设备采购时间、校准记录、更换计划），提醒设备定期维护（如每年校准一次流量计）。

决策支持应用：面向决策人员，提供数据统计报表（如月度内涝次数、管网溢流总量、水质达标率）、趋势分析图表（如近 5 年管网负荷变化趋势）、方案模拟结果（如管网改造方案的投资效益比），为排水系统规划、预算编制、应急调度提供数据支撑。

三、实施保障措施：确保系统建设与运行的可持续性

城市排水管网监测系统建设是一项长期工程，需从 “技术、管理、资金” 三方面制定保障措施，避免 “建而不用”“用而不优”。

（一）技术保障：确保系统的稳定性与先进性

标准化建设：遵循国家与行业标准（如《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ 181-2012、《智慧水务信息系统技术要求》GB/T 40275-2021），统一设备接口、数据格式、通信协议，确保不同厂家的设备可兼容、数据可共享，避免 “信息孤岛”。

试点先行：选择典型区域（如内涝频发区、管网老化严重区）开展试点建设，例如，先在市中心 10 平方公里区域布设监测点，测试系统的稳定性、数据准确性、预警有效性，总结经验后再逐步推广至全城，降低大规模建设风险。

技术升级：定期评估系统性能，结合新技术（如 AI 视频分析、无人机巡检、数字孪生）优化系统功能，例如，利用 AI 算法识别视频监控中的管道堵塞异物（如塑料袋、树枝），提高故障识别效率；构建管网数字孪生模型，实现 “物理管网 - 数字管网” 的实时映射，提升调度精度。

（二）管理保障：建立长效运行机制

明确责任分工：成立专项管理团队，明确各部门职责（如水务部门负责系统建设与整体协调，运维单位负责设备巡检与数据维护，应急部门负责预警处置与应急调度），避免责任推诿。

制定管理制度：出台《监测系统运行管理办法》《设备维护规程》《预警处置流程》等制度，规范数据采集、设备维护、预警响应等工作，例如，要求运维人员每周巡检一次监测设备，每季度校准一次传感器，确保数据准确。

人员培训：定期组织技术培训（如设备操作、平台使用、模型分析），提升管理人员与运维人员的专业能力，例如，邀请设备厂家开展传感器校准培训，邀请软件开发商开展平台数据分析培训，确保人员能熟练使用系统功能。

（三）资金保障：确保系统建设与运维的持续投入

多元化资金来源：结合城市实际情况，拓宽资金渠道，例如，申请国家海绵城市、智慧城市建设专项资金，引入社会资本（如采用 PPP 模式建设运营监测系统），将监测系统运维费用纳入市政年度预算，避免因资金不足导致系统停运。

成本控制：在系统建设阶段，通过 “批量采购”“国产化设备选用” 降低设备成本（如选用国产 LoRa 传感器，成本可降低 30% 以上）；在运维阶段，通过 “预测性维护”（基于监测数据提前判断设备故障，避免突发维修）降低维护成本，提高资金使用效率。

四、结语

城市排水管网监测系统建设是一项 “技术驱动、需求导向、长效运行” 的系统工程，需从需求分析出发，构建 “感知 - 传输 - 平台 - 应用” 四层架构，通过技术、管理、资金保障确保系统落地见效。其核心目标不仅是 “监测数据”，更是通过数据赋能，实现排水管网从 “被动维修” 向 “主动管控”、从 “经验决策” 向 “数据决策” 的转变，最终提升城市排水系统的韧性，保障城市水安全与水环境质量。

随着智慧水务技术的发展，未来排水管网监测系统将向 “更智能、更融合、更精准” 方向升级，例如，结合数字孪生实现管网全生命周期管理，结合 AI 算法实现故障自动诊断与调度自动优化。在建设过程中，需始终坚持 “因地制宜” 原则，根据城市规模、管网现状、管理需求调整建设方案，确保系统真正服务于城市治理，为建设 “海绵城市”“智慧城市” 提供坚实支撑。