城市排水管网是保障城市正常运转的 “地下生命线”，然而传统排水管网管理模式依赖人工巡检，存在效率低、故障发现不及时、运行状态不透明等问题。随着智慧化技术的快速发展，通过为排水管网加装传感器和数据传输设备，实现管网运行状态的可视化管理，成为破解城市排水管理难题的关键路径。

一、科学选型：适配排水管网环境的传感器类型

在城市排水管网智慧化改造中，传感器的选型直接决定了数据采集的准确性和稳定性，需充分考虑排水管网潮湿、腐蚀性强、空间狭窄等复杂环境特点。目前，适配排水管网的传感器主要分为以下几类：

流量传感器：作为监测管网输水能力的核心设备，流量传感器需精准采集管道内水流的瞬时流量、累计流量等数据，为判断管网是否存在拥堵、泄漏等问题提供依据。常用的电磁流量计采用电磁感应原理，不受水中杂质、腐蚀性物质影响，测量精度可达 ±0.5%，适合安装在管径较大（DN300 以上）的主干管上；而超声波流量计则无需与水流直接接触，通过外夹式安装方式固定在管道外壁，避免了管道开挖和水体污染风险，更适用于管径较小的支管或老旧管网改造。

液位传感器：实时监测管网内水位变化，是预防内涝和管道溢流的关键。投入式液位传感器通过探头感知水位压力变化，可直接放入管道或检查井内，测量范围覆盖 0-10 米，分辨率达 1mm，能及时捕捉暴雨天气下水位骤升的情况；此外，激光液位传感器采用非接触式测量方式，不受水体浑浊度、泡沫影响，适合安装在检查井顶部，对水位进行高频次（每秒 1 次）监测，有效避免传感器被杂物缠绕或损坏。

水质传感器：针对排水管网中可能出现的水体污染问题，水质传感器可实时监测 pH 值、溶解氧、化学需氧量（COD）等指标，及时发现工业废水偷排、生活污水超标排放等情况。为适应管网内复杂水质环境，目前主流的水质传感器采用抗污染涂层和自动清洗功能，减少污染物附着对测量精度的影响，同时支持低功耗运行，满足长期监测需求。

压力传感器：主要用于监测管网内水压变化，判断管道是否存在泄漏或堵塞。在供排水一体化管网中，压力传感器可安装在关键节点，当管道发生泄漏时，泄漏点附近水压会出现明显下降，传感器能快速捕捉这一变化并发送预警信号。此外，压力传感器还可与流量传感器联动，通过水压和流量数据的综合分析，更精准地定位管网故障位置。

二、精准加装：传感器与数据传输设备的部署策略

传感器和数据传输设备的加装需结合管网实际情况，制定科学的部署策略，确保数据采集全面、传输稳定，同时降低改造难度和成本。

（一）传感器加装位置选择

管网关键节点：在排水管网的主干管交汇口、提升泵站进出口、污水处理厂进水口等关键节点，需重点部署流量、液位、水质传感器，实时掌握管网整体运行状态。例如，在主干管交汇口安装流量传感器，可监测不同支管的来水流量，判断各区域排水负荷分布；在提升泵站进出口安装液位传感器，能及时掌握泵站进水水位和出水压力，保障泵站稳定运行。

易故障区域：对于老旧管网、地质条件复杂区域（如软土地基、地震多发区）以及易发生内涝的低洼地段，需加密传感器部署。在老旧管网区域，每 500 米间隔安装压力和流量传感器，实时监测管道是否存在泄漏或堵塞；在低洼地段的检查井内安装液位传感器，当水位超过预警阈值时，及时触发内涝预警，为防汛指挥提供决策支持。

特殊功能管道：对于工业废水排放专用管道，需针对性加装水质传感器，重点监测 pH 值、重金属含量等指标，防止工业废水超标排放污染水体；在雨水管网与污水管网混接区域，安装流量和水质传感器，实时监测混接情况，为管网改造和雨污分流治理提供数据支撑。

（二）数据传输设备部署

数据传输设备是连接传感器与可视化管理平台的关键，需根据管网所处环境（如地下检查井、地面泵站、偏远区域）选择合适的传输方式，确保数据实时、稳定传输。

传输方式选择：

有线传输：在具备有线网络条件的区域（如泵站、污水处理厂周边），可采用以太网或 RS485 总线方式进行数据传输。以太网传输速率快、稳定性高，适合大数据量（如高清视频、高频次传感器数据）的实时传输；RS485 总线则具有传输距离远（可达 1200 米）、抗干扰能力强的特点，适合多个传感器集中部署的区域，通过总线将多个传感器数据汇总后统一传输至管理平台。

无线传输：在地下检查井、偏远郊区等无法铺设有线网络的区域，采用无线传输方式更为便捷。目前主流的无线传输技术包括 LoRa、NB-IoT、4G/5G 等。LoRa 技术具有低功耗、远距离（可达 10 公里）、抗干扰能力强的特点，适合传感器分布分散、数据传输频率较低（如每 10 分钟一次）的场景；NB-IoT 技术依托运营商网络，覆盖范围广、部署成本低，适合城市范围内大规模传感器的接入；4G/5G 技术则适用于需要高速传输数据的场景（如实时视频监控、高频次传感器数据传输），但功耗相对较高，需搭配太阳能供电设备使用。

设备安装与防护：数据传输设备需安装在防水、防腐、防冲击的保护壳内，避免受到管网内潮湿环境和外力破坏的影响。在地下检查井内，传输设备可固定在检查井侧壁上方，远离积水区域；在地面安装时，需选择地势较高、无遮挡的位置，确保无线信号稳定传输。同时，为应对断电情况，数据传输设备需配备备用电源（如锂电池、太阳能电池板），保障设备在停电状态下仍能正常工作 48 小时以上。

三、可视化管理：数据驱动的管网运行监测体系

通过传感器采集的流量、液位、水质、压力等数据，经数据传输设备上传至智慧排水管理平台后，需借助大数据分析、物联网、地理信息系统（GIS）等技术，构建管网运行状态可视化管理体系，实现管网运行的实时监测、故障预警和智能决策。

（一）实时监测可视化

智慧排水管理平台以 GIS 地图为基础，将排水管网的走向、管径、检查井位置等地理信息与传感器实时数据相结合，形成可视化的管网运行地图。管理人员可通过平台直观查看各传感器的位置、实时监测数据（如流量、液位、水质指标）以及设备运行状态（如传感器是否在线、电池电量是否充足）。当管网运行参数出现异常时（如流量骤降、液位超标），平台会自动在地图上标注异常区域，并发出声光报警，提醒管理人员及时关注。

（二）故障预警与定位

基于传感器采集的历史数据和实时数据，平台通过建立数学模型（如水力模型、水质模型），对管网运行状态进行预测和分析。当预测到管网可能出现故障时（如管道堵塞、泄漏），平台会提前发出预警信号，并结合多传感器数据（如压力传感器和流量传感器的异常数据），精准定位故障位置。例如，当某段管道发生泄漏时，泄漏点上游流量传感器会监测到流量增加，下游流量传感器会监测到流量减少，同时泄漏点附近压力传感器会监测到水压下降，平台通过对这些数据的综合分析，可将故障位置定位在 10 米范围内，为维修人员快速开展抢修工作提供指导。

（三）运维管理智能化

可视化管理平台还可实现排水管网运维管理的智能化。平台根据传感器数据自动生成管网运行报告，分析管网运行负荷、故障发生频率等情况，为管网改造和维护计划制定提供数据支撑；同时，平台还可与维修人员的移动端 APP 联动，当管网出现故障时，平台自动将故障位置、故障类型、维修建议等信息发送至附近维修人员的 APP 上，维修人员可通过 APP 导航前往故障现场，并实时反馈维修进度，实现运维管理的闭环。

四、案例实践：某城市排水管网智慧化改造成效

某沿海城市由于排水管网老化、暴雨天气频发，内涝问题严重，同时存在工业废水偷排现象，影响城市水环境质量。为解决这些问题，该城市开展了排水管网智慧化改造工程，累计加装流量传感器 800 个、液位传感器 1200 个、水质传感器 300 个、压力传感器 500 个，部署 LoRa/NB-IoT 无线数据传输设备 2800 套，构建了智慧排水管理平台。

改造完成后，该城市排水管网管理水平得到显著提升：一是内涝预警响应时间从原来的 2 小时缩短至 15 分钟，在 2024 年台风期间，通过液位传感器实时监测和平台预警，成功提前转移低洼区域居民 500 余人，减少经济损失超千万元；二是工业废水偷排发现率从原来的 30% 提升至 95%，通过水质传感器实时监测，累计查处偷排企业 23 家，城市河道水质达标率提升 20%；三是管网维修效率提升 50%，通过传感器数据精准定位故障位置，维修人员平均抢修时间从原来的 8 小时缩短至 3 小时，大幅降低了管网故障对居民生活的影响。

五、未来展望：持续优化排水管网智慧化体系

随着技术的不断发展，城市排水管网智慧化改造还将向更高效、更智能的方向迈进。未来，可进一步优化传感器技术，研发更小型化、低功耗、低成本的传感器，实现管网全域覆盖监测；同时，加强人工智能技术在管网管理中的应用，通过机器学习算法不断优化故障预警模型，提高故障预测的准确性；此外，还可推动排水管网与城市防洪、污水处理、海绵城市建设等系统的协同联动，构建一体化的城市水管理智慧体系，为城市可持续发展提供更有力的保障。

总之，通过科学选型和精准加装传感器与数据传输设备，构建排水管网运行状态可视化管理体系，是城市排水管网智慧化改造的核心路径。这不仅能有效提升管网管理效率，及时解决内涝、泄漏、污染等问题，还能为城市水安全和水环境治理提供数据支撑，助力建设更加智慧、宜居的现代化城市。