裴吉祥，張華甫，任士杰，李帥，郭政

（中國(guó)建筑第七工程局有限公司，鄭州 450003）

1 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市面積不斷擴(kuò)大，人口數(shù)量不斷增加，城市化過(guò)程中涉及的排澇防洪問(wèn)題越來(lái)越突出，尤其是在城市化進(jìn)程中，由于城市地區(qū)的地表覆蓋率增加、水源消失、排水設(shè)施不完善等原因，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(shè)將信息技術(shù)與城市管理相結(jié)合，為城市排澇防洪提供了新的機(jī)遇。本文旨在探討智慧城市排澇防洪技術(shù)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(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 智慧城市排澇防洪技術(shù)的發(fā)展歷程

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧城市建設(shè)逐漸成為解決城市排澇防洪問(wèn)題的新方向。2009 年，中國(guó)國(guó)家科技部啟動(dòng)了“智慧城市”重大專(zhuān)項(xiàng)，進(jìn)一步推動(dòng)了智慧城市建設(shè)。2012 年，上海市成功建設(shè)了全國(guó)第一個(gè)智慧城市排澇防洪系統(tǒng)，標(biāo)志著智慧城市排澇防洪技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段[1]。

目前，智慧城市排澇防洪技術(shù)已經(jīng)涵蓋了數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和分析等各個(gè)方面，為城市排澇防洪提供了更多的手段和工具。例如，通過(guò)在城市各個(gè)角落部署傳感器、監(jiān)測(cè)器等設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨、水位、流量等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸。通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市內(nèi)澇和外澇的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和預(yù)警。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和建模，可以預(yù)測(cè)洪澇災(zāi)害的發(fā)生概率和影響范圍，為相關(guān)部門(mén)提供科學(xué)決策支持。

2.2 智慧城市排澇防洪技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

智慧城市排澇防洪技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但在實(shí)踐中仍然面臨著許多問(wèn)題。第一，數(shù)據(jù)采集的精度和實(shí)時(shí)性還需要進(jìn)一步提高。當(dāng)前，城市排澇防洪系統(tǒng)中使用的傳感器技術(shù)和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)并不完善，無(wú)法滿足對(duì)城市內(nèi)澇和外澇的快速準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)需求，同時(shí)也限制了排澇防洪的決策精度。第二，信息共享機(jī)制不夠完善，不同部門(mén)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(gè)部門(mén)的協(xié)作，如水利、城建、環(huán)保、氣象等，但這些部門(mén)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(wèn)題。第三，城市排澇防洪系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性也是一個(gè)重要問(wèn)題，系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重的損失和風(fēng)險(xiǎn)。城市排澇防洪系統(tǒng)涉及多個(gè)環(huán)節(jié)和技術(shù)，如數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、預(yù)測(cè)和決策等，各環(huán)節(jié)之間存在著協(xié)同關(guān)系，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和決策。除了現(xiàn)有的問(wèn)題，城市化進(jìn)程中新出現(xiàn)的問(wèn)題也需要引起足夠的重視[2]。

3 智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新研究

3.1 智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)

智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)主要包括水文學(xué)、水力學(xué)、信息技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。在水文學(xué)方面，智慧城市排澇防洪技術(shù)需要深入研究城市水文循環(huán)過(guò)程，包括雨水的徑流、蒸發(fā)、滲漏等。在水力學(xué)方面，智慧城市排澇防洪技術(shù)需要針對(duì)城市排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究排水管道、排水泵站等設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制。此外，智慧城市排澇防洪技術(shù)還需要借鑒信息技術(shù)的先進(jìn)成果，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能等，為城市排澇防洪提供新的思路和技術(shù)手段。智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)還需要考慮城市化進(jìn)程中的新問(wèn)題和挑戰(zhàn)。例如，城市熱島效應(yīng)、人口密集區(qū)的防洪問(wèn)題等，需要加強(qiáng)研究并提供新的解決方案。

3.2 智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)

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

1）傳感器技術(shù)。傳感器是城市排澇防洪監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的核心部分，通過(guò)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(shù)是智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)。

2）信息通信技術(shù)。信息通信技術(shù)是智慧城市排澇防洪系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)共享的關(guān)鍵。通過(guò)信息通信技術(shù)，可以將城市排澇防洪監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街付ǖ谋O(jiān)測(cè)中心和決策部門(mén)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警和決策支持。

3）模擬仿真技術(shù)。模擬仿真技術(shù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬城市排澇防洪的實(shí)際情況，對(duì)城市排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)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(shù)是智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的重要手段[3]。

4）大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以通過(guò)對(duì)歷史和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(wèn)題，提出相應(yīng)的解決方案。此外，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)現(xiàn)隱藏在大量數(shù)據(jù)中的規(guī)律和趨勢(shì)，為城市排澇防洪提供更加精準(zhǔn)的指導(dǎo)和決策支持。

4 上海市智慧城市排澇防洪系統(tǒng)建設(shè)分析

上海市是一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集的城市，城市化進(jìn)程帶來(lái)了排澇防洪的巨大壓力。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，上海市在智慧城市建設(shè)方面進(jìn)行了積極的探索和創(chuàng)新，建設(shè)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(cè)系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等多個(gè)模塊。其中，城市排水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)、 無(wú)線通信技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)對(duì)城市排水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，包括雨量、水位、流速等信息。預(yù)警系統(tǒng)則通過(guò)數(shù)據(jù)分析、 模擬仿真等技術(shù)手段對(duì)城市排澇防洪的可能風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警，為相關(guān)部門(mén)提供及時(shí)有效的決策支持。決策支持系統(tǒng)則通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能等手段對(duì)歷史和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，為城市排澇防洪提供更加精準(zhǔn)的指導(dǎo)和決策支持。

上海市智慧城市排澇防洪系統(tǒng)的建設(shè)取得了顯著成效。一方面，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，上海市成功避免了多次可能發(fā)生的洪澇災(zāi)害，保障了城市居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。另一方面，通過(guò)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(wèn)題和瓶頸，為相關(guān)部門(mén)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(shè)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(shè)，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(qiáng)大的信息通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)業(yè)，為智慧城市排澇防洪系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)和支撐。最后，上海市政府注重跨部門(mén)合作和信息共享，建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，為智慧城市排澇防洪系統(tǒng)的順利運(yùn)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(shè)是智慧城市建設(shè)和城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的重要里程碑意義。該系統(tǒng)的成功建設(shè)不僅為上海市排澇防洪工作提供了重要的技術(shù)手段和數(shù)據(jù)支撐，也為全國(guó)其他城市的智慧城市建設(shè)和城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新提供了重要的借鑒和啟示。

5 城市化進(jìn)程中智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新策略

5.1 建立智慧城市綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在城市化進(jìn)程中，智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)重要策略是建立智慧城市綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可以全面、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)城市水文、氣象和地質(zhì)等多方面的數(shù)據(jù)，為城市排澇防洪提供更加準(zhǔn)確和全面的信息支持。首先，建設(shè)多元化的監(jiān)測(cè)設(shè)備。智慧城市綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要覆蓋城市水文、氣象和地質(zhì)等多個(gè)方面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此，需要建設(shè)多元化的監(jiān)測(cè)設(shè)備。例如，可以建設(shè)地下水位監(jiān)測(cè)站、雨量監(jiān)測(cè)站、水質(zhì)監(jiān)測(cè)站、氣象站等多種監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全面、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。

其次，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換。智慧城市綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享和交換，以及與其他城市管理部門(mén)和社會(huì)機(jī)構(gòu)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(zhì)等情況，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)城市排澇防洪風(fēng)險(xiǎn)。最后，建設(shè)智能化的監(jiān)測(cè)控制中心。智慧城市綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要建設(shè)智能化的監(jiān)測(cè)控制中心，通過(guò)監(jiān)測(cè)控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)城市排澇防洪系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。通過(guò)智能化監(jiān)測(cè)控制中心，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市排澇防洪系統(tǒng)的快速響應(yīng)和調(diào)整，從而更加有效地減少洪澇災(zāi)害的發(fā)生。

5.2 采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警

隨著信息技術(shù)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(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)量不斷增加，為采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)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(tái)。該平臺(tái)需要具備海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集、存儲(chǔ)和處理。

2）建立數(shù)據(jù)模型。針對(duì)城市排澇防洪相關(guān)數(shù)據(jù)，建立合適的數(shù)據(jù)模型，包括降雨預(yù)測(cè)、水位預(yù)測(cè)等。

3）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過(guò)對(duì)采集到的城市排澇防洪相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出有用信息，例如預(yù)警信號(hào)、風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)等。

4）進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警。根據(jù)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行城市排澇防洪的預(yù)測(cè)和預(yù)警。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，如降雨量過(guò)大、水位過(guò)高等，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以及時(shí)預(yù)警并提出合理建議，幫助城市采取措施應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)。

5）優(yōu)化預(yù)測(cè)和預(yù)警算法。不斷優(yōu)化和改進(jìn)預(yù)測(cè)和預(yù)警算法，提高預(yù)測(cè)和預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)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(guān)鍵之一，可以從以下方面入手。

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

2）加強(qiáng)城市排水管網(wǎng)的建設(shè)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(qiáng)建設(shè)和管理，保證管網(wǎng)暢通無(wú)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(dòng)化水平。利用信息技術(shù)和智能控制技術(shù)，對(duì)城市排水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化管理，可以提高排水系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性，從而更好地保護(hù)城市的排澇安全。

4）利用新技術(shù)改善城市排水系統(tǒng)。如利用人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)城市排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)排水系統(tǒng)運(yùn)行的智能監(jiān)測(cè)和控制，提高排水系統(tǒng)的效率和安全性[4]。

5.4 推進(jìn)生態(tài)修復(fù)和自然保護(hù)，減少洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)

推進(jìn)生態(tài)修復(fù)和自然保護(hù)，減少洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是城市化進(jìn)程中智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新的另一重要策略。生態(tài)修復(fù)和自然保護(hù)可以改善城市環(huán)境，減少洪澇災(zāi)害的發(fā)生。一是要推廣綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。綠色基礎(chǔ)設(shè)施是指利用自然系統(tǒng)的特點(diǎn)和生態(tài)功能建立的具有城市基礎(chǔ)設(shè)施功能的生態(tài)系統(tǒng)。例如，利用濕地和河流構(gòu)建生態(tài)防洪區(qū)，減少城市排澇壓力。二是要加強(qiáng)城市公園綠地建設(shè)。城市公園和綠地可以提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，增強(qiáng)城市的自然保護(hù)能力，減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生。同時(shí)，公園和綠地還可以為城市居民提供休閑娛樂(lè)場(chǎng)所。三是要實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程。對(duì)于已經(jīng)受到破壞的自然環(huán)境，可以采取生態(tài)修復(fù)工程來(lái)恢復(fù)其原有的生態(tài)功能，從而減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

在城市化進(jìn)程中，智慧城市排澇防洪技術(shù)創(chuàng)新是一個(gè)重要的發(fā)展方向。本文針對(duì)智慧城市排澇防洪技術(shù)的現(xiàn)狀、問(wèn)題和創(chuàng)新研究進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的創(chuàng)新策略。這些策略將促進(jìn)城市排澇防洪技術(shù)的快速發(fā)展，提高城市排澇防洪的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和全面性。同時(shí)，我們也應(yīng)該意識(shí)到，智慧城市排澇防洪技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用還存在一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題。未來(lái)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)智慧城市排澇防洪技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，促進(jìn)技術(shù)的升級(jí)和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)智慧城市排澇防洪技術(shù)與城市化進(jìn)程的良性互動(dòng)，提升城市的可持續(xù)發(fā)展能力。