在市政排水管网内涝防控中，“管网实际过流能力” 是判断内涝风险的核心指标 —— 若过流能力低于实际来水量，雨水将在管网内淤积，最终引发路面积水。而管网过流能力的精准计算，需依托流量与水位的协同数据：超声波流量计提供实时流量数据，电子水尺捕捉管网水位变化，二者联动输入水力模型，才能突破 “单一数据片面性” 的局限，还原管网真实运行状态。那么，超声波流量计与电子水尺的数据如何实现有效联动？水力模型又如何基于这些数据计算过流能力，为内涝预警提供支撑？本文将从数据联动逻辑、水力模型应用、内涝预警落地三个维度展开深度解析。

一、数据联动基础：构建 “流量 - 水位” 同步采集与校准体系

超声波流量计与电子水尺的数据联动，并非简单的 “数据叠加”，而是需通过同步采集、数据校准、时空匹配，确保二者数据在时间、空间维度高度一致，为水力模型提供可靠的基础输入。若数据存在时间差或空间错位，将直接导致过流能力计算偏差，影响内涝预警准确性。

1. 时空同步采集：确保数据 “同频同点”

市政排水管网的流量与水位存在强耦合关系 —— 同一断面的水位变化会直接影响流量大小，因此需在 “同一监测断面”“同一时间维度” 同步采集数据：

空间匹配：同一监测断面布设

需在市政排水管网的同一监测断面（如干管检查井、泵站进水管），同步安装超声波流量计与电子水尺。例如，在城市主干道排水干管的某检查井内，将超声波流量计的传感器贴附于管道外壁（或插入管内），同时在检查井内壁安装电子水尺，确保二者监测的是 “同一断面” 的流量与水位。若分别在上下游不同断面采集，会因断面间的水力损失（如管道摩擦、局部阻力）导致数据不匹配。某城市曾因流量计与水尺分处上下游 50 米处，计算出的过流能力偏差达 20%，调整为同一断面后偏差降至 5% 以内。

时间同步：统一数据采集频率

超声波流量计与电子水尺需设定相同的数据采集频率（如 1 分钟 / 次），并通过 GPS 时钟同步，确保二者数据时间戳完全一致。例如，超声波流量计在 10:00:00 采集到流量为 800 立方米 / 小时，电子水尺需同步记录该时刻的管网水位为 1.2 米，避免因时间差（如流量计 1 分钟 / 次、水尺 5 分钟 / 次）导致 “流量对应错误水位” 的问题。同时，数据传输需采用相同的通信链路（如 NB-IoT），确保二者数据同步上传至智慧水务平台，无传输延迟差异。

2. 数据校准：消除设备误差，确保数据可靠性

超声波流量计与电子水尺受安装环境（如管道结垢、水流紊乱）影响，可能出现数据偏差，需通过 “交叉校准”“历史数据对比” 两种方式修正，确保数据真实反映管网状态：

交叉校准：基于水力关系验证

市政排水管网的流量与水位遵循特定水力公式（如曼宁公式：Q=A×R^(2/3)×S^(1/2)×n^(-1)，其中 Q 为流量，A 为过流面积，R 为水力半径，S 为水力坡度，n 为管道粗糙系数）。可利用该公式进行交叉校准：若超声波流量计采集的流量 Q1，与电子水尺水位计算出的过流面积 A（基于水位与管道断面尺寸）及其他参数（R、S、n）推导的理论流量 Q2 偏差超过 10%，则需排查设备问题（如流量计传感器偏移、水尺校准失效）。例如，某监测断面电子水尺显示水位 1.0 米，管道断面为圆形（直径 2 米），计算过流面积 A=1.57 平方米，结合水力坡度 S=0.002、粗糙系数 n=0.013，推导理论流量 Q2=850 立方米 / 小时，若超声波流量计实测 Q1=765 立方米 / 小时（偏差 10%），需重新校准流量计传感器位置，修正后 Q1=840 立方米 / 小时，偏差降至 1.2%。

历史数据对比：基于稳定工况验证

选取管网 “稳定运行时段”（如晴天无降雨，流量、水位无剧烈波动）的历史数据，对比超声波流量计与电子水尺数据的稳定性。例如，晴天时某断面流量稳定在 300-320 立方米 / 小时，水位稳定在 0.5-0.55 米，若某时段数据出现异常跳变（如流量骤升至 500 立方米 / 小时，水位无变化），则判定为设备故障（如流量计误报），需剔除异常数据并维修设备。某城市通过历史数据对比，半年内识别出 12 次设备异常，避免了错误数据对过流能力计算的干扰。

二、水力模型应用：基于 “流量 - 水位” 数据计算管网实际过流能力

水力模型是连接 “流量 - 水位数据” 与 “过流能力计算” 的核心工具。通过将超声波流量计与电子水尺的联动数据输入模型，可反演管网关键参数（如管道粗糙系数、局部阻力系数），进而计算不同水位下的实际过流能力，突破 “仅靠理论公式估算” 的局限，还原管网真实过流潜力。

1. 模型参数反演：用联动数据修正 “理论参数”

市政排水管网的水力模型（如 SWMM、InfoWorks ICM）初始参数（如管道粗糙系数 n、局部阻力系数 K）多基于经验设定（如混凝土管 n=0.013-0.015），但实际运行中，管道结垢、淤积会导致 n 值增大（如淤积严重时 n 升至 0.02），进而降低过流能力。需通过超声波流量计与电子水尺的联动数据，反演修正这些关键参数：

参数反演逻辑

将某监测断面的 “实测流量 Q 实”“实测水位 H 实” 输入水力模型，调整模型中的 n 值（或 K 值），使模型计算出的 “模拟流量 Q 模”“模拟水位 H 模” 与实测值偏差小于 5%，此时的 n 值即为管道 “实际粗糙系数”。例如，某混凝土干管初始 n 值设为 0.014，模型计算出 Q 模 = 900 立方米 / 小时，而超声波流量计实测 Q 实 = 720 立方米 / 小时，偏差 20%；逐步增大 n 值至 0.018，Q 模 = 725 立方米 / 小时，与 Q 实偏差仅 0.7%，该 n=0.018 即为管道实际粗糙系数，反映了管道淤积导致的过流能力下降。

多断面联合反演

单一断面的参数反演可能存在局限性（如局部管道异常），需在管网干管的多个关键断面（如每 2-3 公里 1 个）同步采集流量 - 水位数据，联合反演模型参数。例如，在某 10 公里长的排水干管上，选取 5 个监测断面，分别反演各段管道的 n 值，发现上游 3 公里段 n=0.016（淤积较轻），下游 7 公里段 n=0.021（淤积严重），据此可判断下游段过流能力更低，是内涝高风险区域。

2. 过流能力计算：基于修正模型模拟不同工况

获取修正后的水力模型后，可通过 “水位 - 流量关系曲线” 计算管网在不同水位下的实际过流能力，明确 “安全水位” 与 “危险水位” 的临界值：

绘制水位 - 流量关系曲线

在水力模型中，固定管道断面尺寸、粗糙系数等参数，逐步提升管网水位（从低水位到满管水位），模拟不同水位对应的最大过流流量，生成 “水位 - 流量关系曲线”。例如，某直径 2 米的圆形干管，当水位为 0.5 米（1/4 满管）时，过流能力为 300 立方米 / 小时；水位 1.0 米（半满管）时，过流能力为 800 立方米 / 小时；水位 1.8 米（90% 满管）时，过流能力达 1200 立方米 / 小时；水位 2.0 米（满管）时，过流能力增至 1300 立方米 / 小时（满管后流量增长放缓）。该曲线直观反映了水位与过流能力的对应关系，是判断内涝风险的核心依据。

计算实际过流能力阈值

结合管网设计标准与历史内涝数据，在 “水位 - 流量关系曲线” 上划定 “过流能力安全阈值”。例如，某管网设计过流能力为 1000 立方米 / 小时（对应水位 1.5 米），若实际计算出的过流能力仅为 800 立方米 / 小时（对应水位 1.5 米），则表明管网因淤积等问题，过流能力下降 20%，需将 “水位 1.2 米” 设定为安全阈值 —— 当电子水尺监测到水位超过 1.2 米，且超声波流量计显示流量接近 800 立方米 / 小时时，即判定为 “过流能力不足，内涝风险升高”。

三、内涝预警落地：从 “过流能力” 到 “风险预警” 的全流程应用

基于超声波流量计与电子水尺联动数据计算出的管网实际过流能力，需进一步结合 “降雨预报数据”“管网拓扑数据”，通过水力模型推演内涝发生时间、范围与深度，最终形成分级内涝预警，为防汛调度提供可落地的决策依据。

1. 内涝风险预判：结合降雨数据推演积水过程

智慧水务平台需整合气象部门的精细化降雨预报数据（如未来 2 小时降雨量、降雨强度），输入水力模型，结合管网实际过流能力，推演未来管网水位与流量变化，判断是否发生内涝：

来水量计算

根据降雨强度（如 50 毫米 / 小时）、汇水面积（如某片区汇水面积 5 平方公里），通过 “降雨径流模型” 计算进入管网的实际来水量（如 Q 来 = 5 平方公里 ×50 毫米 / 小时 = 25000 立方米 / 小时，扣除下渗量后实际来水量约 20000 立方米 / 小时）。

过流能力对比

将计算出的 “实际来水量” 与管网 “实际过流能力” 对比：若某路段管网实际过流能力为 15000 立方米 / 小时，而来水量达 20000 立方米 / 小时，模型将推演该路段管网水位会在 30 分钟内从 1.0 米升至 1.8 米（超过安全阈值 1.2 米），进而引发路面积水（积水深度约 10-15 厘米），触发内涝预警。某城市在 2024 年暴雨中，通过该方式提前 40 分钟预判出 3 处低洼路段的内涝风险，为防汛队伍预留了充足的抢险时间。

2. 分级预警与响应：明确 “预警等级 - 处置措施” 对应关系

基于内涝风险预判结果，需建立与城市防洪规划相匹配的分级预警机制，明确不同预警等级对应的响应措施，确保预警信息能快速转化为防汛行动：

分级预警阈值设定

结合管网过流能力与积水影响，将内涝预警划分为四级：

蓝色预警：管网水位达安全阈值的 80%（如安全阈值 1.2 米，水位达 0.96 米），过流能力仍能应对来水量，仅向运维人员推送预警，提醒加强巡检；

黄色预警：管网水位达安全阈值（1.2 米），过流能力接近饱和，向片区防汛小组推送预警，准备排水泵车、挡水板等物资；

橙色预警：管网水位超安全阈值 10%（1.32 米），过流能力不足，积水即将溢出管网，向应急、交通部门推送预警，实施交通管制、疏散低洼区域居民；

红色预警：管网水位超安全阈值 30%（1.56 米），过流能力完全不足，已出现明显路面积水（深度＞30 厘米），启动城市级应急响应，调动全市抢险资源。

预警信息精准推送

智慧水务平台需根据预警等级，将预警信息推送至对应责任主体：黄色及以上预警需同步推送至受影响区域的居民（通过短信、社区 APP），告知积水时段、避险路线；橙色及红色预警需联动交警部门，在积水路段设置警示标识，引导车辆绕行。某城市在橙色预警时，通过短信向积水区域 5 万居民推送预警信息，同步联动导航 APP 标注积水点，有效减少了人员被困事件。

3. 预警效果验证与模型优化

内涝预警并非 “一劳永逸”，需在每次暴雨后，通过超声波流量计与电子水尺的实测数据，验证预警准确性，优化水力模型参数，提升后续预警精度：

实测数据对比验证

暴雨结束后，将水力模型推演的 “水位 - 流量变化曲线” 与超声波流量计、电子水尺的实测曲线对比，分析偏差原因。例如，模型预测某路段 30 分钟内水位升至 1.8 米，而实测水位仅升至 1.6 米，偏差源于 “降雨预报值高于实际降雨量”，后续需优化降雨数据的输入权重。

模型参数迭代更新

根据验证结果，调整水力模型中的管道粗糙系数、局部阻力系数等参数。例如，某路段实测过流能力比模型计算值低 15%，排查发现管道存在新的淤积，需将该段管道的粗糙系数 n 从 0.018 调整为 0.020，确保模型能反映管网最新运行状态。某城市通过每季度一次的模型优化，内涝预警准确率从初期的 75% 提升至 90% 以上。

四、实践案例：某市基于 “流量 - 水位” 联动的内涝预警应用

某市主城区曾因市政排水管网老化，内涝预警滞后问题突出 —— 暴雨时往往 “积水后才发现风险”。2023 年，该市在主城区 20 条排水干管的关键断面，同步安装超声波流量计与电子水尺，构建 “流量 - 水位” 联动体系，结合水力模型实现内涝预警升级，具体效果如下：

数据联动落地：在每条干管的 3-5 个关键断面，同步布设设备，统一采集频率为 1 分钟 / 次，通过 GPS 时钟同步，数据同步上传至智慧水务平台，经交叉校准后，流量与水位数据偏差控制在 5% 以内。

过流能力计算：将联动数据输入 SWMM 水力模型，反演各段管道粗糙系数，绘制水位 - 流量关系曲线，发现老城区 3 条干管因淤积，过流能力比设计值下降 30%，将这些路段的安全水位从 1.5 米下调至 1.0 米。

内涝预警实战：2023 年台风 “杜苏芮” 期间，气象部门预报 1 小时降雨量达 60 毫米。平台结合联动数据与降雨预报，通过模型推演：老城区 3 条干管的来水量将达 18000 立方米 / 小时，远超实际过流能力 12000 立方米 / 小时，将在 25 分钟内出现 15-20 厘米积水，随即触发橙色预警。

应急响应效果：防汛部门根据预警，提前在积水路段部署 8 台排水泵车，疏散 2 个老旧小区居民，设置交通管制点 12 处。暴雨结束后，该区域积水消退时间比 2022 年缩短 50%，未发生人员伤亡或重大财产损失。

结语：“数据联动 + 模型计算” 是内涝预警的核心支撑

市政排水管网的内涝预警，本质是 “用数据还原管网状态，用模型预测风险趋势” 的过程。超声波流量计与电子水尺的联动，解决了 “单一数据无法反映管网全貌” 的问题，为水力模型提供了真实、同步的输入；水力模型则基于这些数据，精准计算过流能力，推演内涝过程，让内涝预警从 “经验判断” 转向 “数据驱动”。

未来，随着 5G、AI 技术的发展，数据联动将实现更高级别的 “自动化”—— 例如，超声波流量计与电子水尺可通过边缘计算网关实时校准数据，无需人工干预；水力模型可通过 AI 算法自动优化参数，缩短计算时间。只有持续完善 “数据联动 - 模型计算 - 预警响应” 的全链条体系，才能让市政排水管网内涝预警更精准、更及时，真正守护城市汛期安全。