城市化進程中智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新研究

裴吉祥，張華甫，任士杰，李帥，郭政

（中國建筑第七工程局有限公司，鄭州 450003）

1 引言

隨著城市化進程的不斷推進，城市面積不斷擴大，人口數(shù)量不斷增加，城市化過程中涉及的排澇防洪問題越來越突出，尤其是在城市化進程中，由于城市地區(qū)的地表覆蓋率增加、水源消失、排水設施不完善等原因，洪澇災害頻發(fā)，造成了嚴重的經(jīng)濟和社會影響。因此，提高城市排澇防洪能力成為保障城市可持續(xù)發(fā)展的重要前提。智慧城市建設將信息技術與城市管理相結合，為城市排澇防洪提供了新的機遇。本文旨在探討智慧城市排澇防洪技術的創(chuàng)新研究，為城市排澇防洪提供新的思路和解決方案。

2 智慧城市排澇防洪技術現(xiàn)狀分析

2.1 智慧城市排澇防洪技術的發(fā)展歷程

隨著信息技術的不斷發(fā)展，智慧城市建設逐漸成為解決城市排澇防洪問題的新方向。2009 年，中國國家科技部啟動了“智慧城市”重大專項，進一步推動了智慧城市建設。2012 年，上海市成功建設了全國第一個智慧城市排澇防洪系統(tǒng)，標志著智慧城市排澇防洪技術進入了一個全新的階段[1]。

目前，智慧城市排澇防洪技術已經(jīng)涵蓋了數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、處理和分析等各個方面，為城市排澇防洪提供了更多的手段和工具。例如，通過在城市各個角落部署傳感器、監(jiān)測器等設備，可以實現(xiàn)對降雨、水位、流量等數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。通過數(shù)據(jù)存儲和處理，可以實現(xiàn)對城市內澇和外澇的準確監(jiān)測和預警。通過數(shù)據(jù)分析和建模，可以預測洪澇災害的發(fā)生概率和影響范圍，為相關部門提供科學決策支持。

2.2 智慧城市排澇防洪技術的現(xiàn)狀及存在的問題

智慧城市排澇防洪技術的應用已經(jīng)非常廣泛，但在實踐中仍然面臨著許多問題。第一，數(shù)據(jù)采集的精度和實時性還需要進一步提高。當前，城市排澇防洪系統(tǒng)中使用的傳感器技術和監(jiān)測網(wǎng)絡并不完善，無法滿足對城市內澇和外澇的快速準確監(jiān)測需求，同時也限制了排澇防洪的決策精度。第二，信息共享機制不夠完善，不同部門之間的數(shù)據(jù)交流和協(xié)作還有很大的提升空間。城市排澇防洪系統(tǒng)涉及多個部門的協(xié)作，如水利、城建、環(huán)保、氣象等，但這些部門之間的信息交流和協(xié)作不夠緊密，存在信息孤島和數(shù)據(jù)短缺的問題。第三，城市排澇防洪系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性也是一個重要問題，系統(tǒng)故障可能導致嚴重的損失和風險。城市排澇防洪系統(tǒng)涉及多個環(huán)節(jié)和技術，如數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、預測和決策等，各環(huán)節(jié)之間存在著協(xié)同關系，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將直接影響整個系統(tǒng)的運行和決策。除了現(xiàn)有的問題，城市化進程中新出現(xiàn)的問題也需要引起足夠的重視[2]。

3 智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新研究

3.1 智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的理論基礎

智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的理論基礎主要包括水文學、水力學、信息技術等多個領域。在水文學方面，智慧城市排澇防洪技術需要深入研究城市水文循環(huán)過程，包括雨水的徑流、蒸發(fā)、滲漏等。在水力學方面，智慧城市排澇防洪技術需要針對城市排水系統(tǒng)的特點，研究排水管道、排水泵站等設施的優(yōu)化設計和運行控制。此外，智慧城市排澇防洪技術還需要借鑒信息技術的先進成果，如傳感器網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)技術、人工智能等，為城市排澇防洪提供新的思路和技術手段。智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的理論基礎還需要考慮城市化進程中的新問題和挑戰(zhàn)。例如，城市熱島效應、人口密集區(qū)的防洪問題等，需要加強研究并提供新的解決方案。

3.2 智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的關鍵技術

智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的關鍵技術包括傳感器技術、信息通信技術、模擬仿真技術、大數(shù)據(jù)技術等多個方面。

1）傳感器技術。傳感器是城市排澇防洪監(jiān)測網(wǎng)絡的核心部分，通過傳感器獲取雨量、水位、水流速度等信息。因此，高精度、 高可靠性的傳感器技術是智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的重要基礎。

2）信息通信技術。信息通信技術是智慧城市排澇防洪系統(tǒng)實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的關鍵。通過信息通信技術，可以將城市排澇防洪監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)街付ǖ谋O(jiān)測中心和決策部門，實現(xiàn)及時預警和決策支持。

3）模擬仿真技術。模擬仿真技術可以通過計算機模擬城市排澇防洪的實際情況，對城市排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設計和運行控制，提高城市排澇防洪的效率和能力。因此，模擬仿真技術是智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的重要手段[3]。

4）大數(shù)據(jù)技術。大數(shù)據(jù)技術可以通過對歷史和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)城市排澇防洪的規(guī)律和問題，提出相應的解決方案。此外，還可以通過數(shù)據(jù)挖掘技術發(fā)現(xiàn)隱藏在大量數(shù)據(jù)中的規(guī)律和趨勢，為城市排澇防洪提供更加精準的指導和決策支持。

4 上海市智慧城市排澇防洪系統(tǒng)建設分析

上海市是一個經(jīng)濟發(fā)達、人口密集的城市，城市化進程帶來了排澇防洪的巨大壓力。為了應對這一挑戰(zhàn)，上海市在智慧城市建設方面進行了積極的探索和創(chuàng)新，建設了智慧城市排澇防洪系統(tǒng)。

上海市智慧城市排澇防洪系統(tǒng)主要包括城市排水監(jiān)測系統(tǒng)、預警系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等多個模塊。其中，城市排水監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感器網(wǎng)絡、 無線通信技術等手段實現(xiàn)對城市排水系統(tǒng)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，包括雨量、水位、流速等信息。預警系統(tǒng)則通過數(shù)據(jù)分析、 模擬仿真等技術手段對城市排澇防洪的可能風險進行預測和預警，為相關部門提供及時有效的決策支持。決策支持系統(tǒng)則通過大數(shù)據(jù)技術、人工智能等手段對歷史和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，為城市排澇防洪提供更加精準的指導和決策支持。

上海市智慧城市排澇防洪系統(tǒng)的建設取得了顯著成效。一方面，通過實時監(jiān)測和預警，上海市成功避免了多次可能發(fā)生的洪澇災害，保障了城市居民的生命和財產(chǎn)安全。另一方面，通過數(shù)據(jù)分析和挖掘，上海市成功發(fā)現(xiàn)了城市排澇防洪系統(tǒng)中的一些問題和瓶頸，為相關部門提供了有效的優(yōu)化建議和方案。

上海市智慧城市排澇防洪系統(tǒng)建設的成功，得益于多方面的因素。首先，上海市政府高度重視智慧城市建設，為智慧城市排澇防洪系統(tǒng)提供了足夠的政策和資金支持。其次，上海市有著強大的信息通信和計算機技術產(chǎn)業(yè)，為智慧城市排澇防洪系統(tǒng)的技術創(chuàng)新提供了重要的技術基礎和支撐。最后，上海市政府注重跨部門合作和信息共享，建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺，為智慧城市排澇防洪系統(tǒng)的順利運行提供了重要的保障。

總之，上海市智慧城市排澇防洪系統(tǒng)的建設是智慧城市建設和城市排澇防洪技術創(chuàng)新的重要里程碑意義。該系統(tǒng)的成功建設不僅為上海市排澇防洪工作提供了重要的技術手段和數(shù)據(jù)支撐，也為全國其他城市的智慧城市建設和城市排澇防洪技術創(chuàng)新提供了重要的借鑒和啟示。

5 城市化進程中智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新策略

5.1 建立智慧城市綜合監(jiān)測系統(tǒng)

在城市化進程中，智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的一個重要策略是建立智慧城市綜合監(jiān)測系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可以全面、實時地監(jiān)測城市水文、氣象和地質等多方面的數(shù)據(jù)，為城市排澇防洪提供更加準確和全面的信息支持。首先，建設多元化的監(jiān)測設備。智慧城市綜合監(jiān)測系統(tǒng)需要覆蓋城市水文、氣象和地質等多個方面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此，需要建設多元化的監(jiān)測設備。例如，可以建設地下水位監(jiān)測站、雨量監(jiān)測站、水質監(jiān)測站、氣象站等多種監(jiān)測設備，實現(xiàn)全面、實時的數(shù)據(jù)采集。

其次，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換。智慧城市綜合監(jiān)測系統(tǒng)需要實現(xiàn)不同監(jiān)測設備之間的數(shù)據(jù)共享和交換，以及與其他城市管理部門和社會機構的數(shù)據(jù)交流。這樣可以更加全面地了解城市的水文、氣象和地質等情況，從而更加準確地預測城市排澇防洪風險。最后，建設智能化的監(jiān)測控制中心。智慧城市綜合監(jiān)測系統(tǒng)需要建設智能化的監(jiān)測控制中心，通過監(jiān)測控制中心實現(xiàn)對城市排澇防洪系統(tǒng)的實時監(jiān)控和控制。通過智能化監(jiān)測控制中心，可以實現(xiàn)對城市排澇防洪系統(tǒng)的快速響應和調整，從而更加有效地減少洪澇災害的發(fā)生。

5.2 采用大數(shù)據(jù)技術進行預測和預警

隨著信息技術的發(fā)展和數(shù)據(jù)采集手段的不斷增多，城市排澇防洪相關數(shù)據(jù)的數(shù)量不斷增加，為采用大數(shù)據(jù)技術進行預測和預警提供了條件。具體做法可以分為以下步驟。

1）建立大數(shù)據(jù)平臺。該平臺需要具備海量數(shù)據(jù)存儲和處理能力，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集、存儲和處理。

2）建立數(shù)據(jù)模型。針對城市排澇防洪相關數(shù)據(jù)，建立合適的數(shù)據(jù)模型，包括降雨預測、水位預測等。

3）進行數(shù)據(jù)分析。通過對采集到的城市排澇防洪相關數(shù)據(jù)進行分析，挖掘出有用信息，例如預警信號、風險指標等。

4）進行預測和預警。根據(jù)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)分析結果進行城市排澇防洪的預測和預警。當出現(xiàn)異常情況時，如降雨量過大、水位過高等，大數(shù)據(jù)技術可以及時預警并提出合理建議，幫助城市采取措施應對風險。

5）優(yōu)化預測和預警算法。不斷優(yōu)化和改進預測和預警算法，提高預測和預警的準確性和及時性。

5.3 優(yōu)化城市排水系統(tǒng)，提高排水能力

城市排水系統(tǒng)是城市排澇防洪的重要組成部分，其排水能力直接影響著城市排澇能力。因此，優(yōu)化城市排水系統(tǒng)，提高排水能力是城市排澇防洪的關鍵之一，可以從以下方面入手。

1）提高排水設施的質量和數(shù)量。包括城市排水管道、雨水收集設施、蓄水設施等。增加排水設施的數(shù)量和質量，能夠提高排水能力，從而減少排澇壓力。

2）加強城市排水管網(wǎng)的建設和管理。城市排水管網(wǎng)是城市排澇防洪的重要組成部分，需要加強建設和管理，保證管網(wǎng)暢通無阻，確保排水能力的有效發(fā)揮。

3）提高城市排水系統(tǒng)的自動化水平。利用信息技術和智能控制技術，對城市排水系統(tǒng)進行自動化管理，可以提高排水系統(tǒng)的運行效率和安全性，從而更好地保護城市的排澇安全。

4）利用新技術改善城市排水系統(tǒng)。如利用人工智能技術和大數(shù)據(jù)技術對城市排水系統(tǒng)進行優(yōu)化，可實現(xiàn)對排水系統(tǒng)運行的智能監(jiān)測和控制，提高排水系統(tǒng)的效率和安全性[4]。

5.4 推進生態(tài)修復和自然保護，減少洪澇災害風險

推進生態(tài)修復和自然保護，減少洪澇災害風險是城市化進程中智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新的另一重要策略。生態(tài)修復和自然保護可以改善城市環(huán)境，減少洪澇災害的發(fā)生。一是要推廣綠色基礎設施建設。綠色基礎設施是指利用自然系統(tǒng)的特點和生態(tài)功能建立的具有城市基礎設施功能的生態(tài)系統(tǒng)。例如，利用濕地和河流構建生態(tài)防洪區(qū)，減少城市排澇壓力。二是要加強城市公園綠地建設。城市公園和綠地可以提高城市生態(tài)環(huán)境質量，增強城市的自然保護能力，減少城市洪澇災害的發(fā)生。同時，公園和綠地還可以為城市居民提供休閑娛樂場所。三是要實施生態(tài)修復工程。對于已經(jīng)受到破壞的自然環(huán)境，可以采取生態(tài)修復工程來恢復其原有的生態(tài)功能，從而減少城市洪澇災害的發(fā)生。

6 結語

在城市化進程中，智慧城市排澇防洪技術創(chuàng)新是一個重要的發(fā)展方向。本文針對智慧城市排澇防洪技術的現(xiàn)狀、問題和創(chuàng)新研究進行了分析，并提出了相應的創(chuàng)新策略。這些策略將促進城市排澇防洪技術的快速發(fā)展，提高城市排澇防洪的準確性、及時性和全面性。同時，我們也應該意識到，智慧城市排澇防洪技術的創(chuàng)新和應用還存在一些挑戰(zhàn)和問題。未來，需要進一步加強智慧城市排澇防洪技術的研究和開發(fā)，促進技術的升級和創(chuàng)新，實現(xiàn)智慧城市排澇防洪技術與城市化進程的良性互動，提升城市的可持續(xù)發(fā)展能力。