一、引言

随着全球气候变化以及城市化进程的加速，城市面临着愈发复杂的环境挑战。“热岛效应 - 极端暴雨” 复合场景逐渐成为常态，城市内涝问题日益严峻。热岛效应改变了城市区域的气候特征，使得城区气温显著高于郊区，影响了城市的能量平衡与大气环流；而极端暴雨的频发，在短时间内产生大量降水，对城市排水系统造成巨大压力。城市内涝不仅影响城市交通、破坏基础设施，还威胁居民的生命财产安全。在此背景下，深入研究城市内涝积水监测方法，并基于监测结果优化海绵城市植物配置，对于提升城市应对内涝灾害的能力具有重要意义。

二、“热岛效应 - 极端暴雨” 复合场景对城市内涝的影响

2.1 热岛效应加剧城市下垫面变化

城市化进程中，大量的自然地表被硬化路面、建筑物等人工下垫面所取代。混凝土、沥青等硬化材料的广泛使用，使得城市下垫面的热容量和导热率发生改变。这些人工材料吸热快、散热慢，在太阳辐射下迅速升温，成为城市热岛效应形成的重要因素。例如，在夏季晴天，城市中心区的柏油路面温度可达 50℃以上，远高于郊区绿地的温度。热岛效应使得城市区域的气温升高，空气对流增强，改变了城市的气象条件，进而影响降水模式。

2.2 极端暴雨增加城市内涝风险

全球气候变化导致极端天气事件增多，极端暴雨的强度和频率显著增加。短时间内的大量降水，超出了城市排水系统的设计排水能力。城市排水管网在极端暴雨下容易出现排水不畅、管道溢流等问题，导致路面积水迅速形成。此外，热岛效应可能影响大气环流，使得城市上空的水汽更容易聚集，增加了极端暴雨发生的概率和强度，进一步加剧了城市内涝的风险。

三、城市内涝积水监测系统概述

3.1 现有监测系统的组成与功能

目前，城市内涝积水监测系统主要由传感器、数据传输网络和监测平台组成。传感器包括水位传感器、雨量传感器、流速传感器等，用于实时采集城市内涝相关的数据，如积水深度、降雨量、水流速度等。数据传输网络则将传感器采集的数据传输至监测平台，常见的传输方式有无线通信（如 4G、NB - IoT）和有线通信（如光纤）。监测平台对传输的数据进行处理、分析和展示，为城市管理者提供决策支持。通过监测系统，能够实时掌握城市内涝的发生位置、积水程度等信息，及时启动应急预案，减少内涝灾害造成的损失。

3.2 传统监测系统在复合场景下的局限性

在 “热岛效应 - 极端暴雨” 复合场景下，传统的城市内涝积水监测系统存在一定的局限性。一方面，传感器的分布往往不够均匀，在一些偏远地区或复杂地形区域，传感器数量不足，导致监测数据存在盲区。另一方面，传统监测系统主要侧重于对积水深度、降雨量等物理参数的监测，难以全面反映城市下垫面的产流差异，无法为海绵城市建设中的植物配置优化提供详细的数据支持。例如，对于硬化路面和绿地在极端暴雨下的产流过程和差异，传统监测系统缺乏有效的监测手段。

四、结合红外热成像数据分析硬化路面与绿地的产流差异

4.1 红外热成像技术原理与应用

红外热成像技术基于物体的热辐射特性，通过探测物体发出的红外线，将其转化为热图像，从而反映物体表面的温度分布。任何温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体都会向外辐射红外线，且辐射强度与物体温度有关。在城市环境中，硬化路面和绿地由于材质、含水量等因素的不同，其表面温度存在差异，这种差异可以通过红外热成像技术清晰地展现出来。例如，在雨后，绿地由于水分蒸发吸热，表面温度相对较低；而硬化路面由于排水迅速，且自身比热容小，表面温度下降较慢，在红外热成像图上呈现出明显的温度对比。目前，红外热成像技术已广泛应用于建筑节能检测、电力设备故障诊断、安防监控等领域，在城市环境监测方面也具有巨大的潜力。

4.2 利用红外热成像数据分析产流差异的方法

4.2.1 数据采集

可采用搭载红外热成像仪的无人机或固定安装在城市关键位置的红外热成像设备，在极端暴雨前后对城市区域进行数据采集。无人机具有灵活性高、覆盖范围广的优势，能够快速获取大面积的红外热成像数据；固定安装的设备则可以对特定区域进行长期、连续的监测。在数据采集过程中，需同时记录时间、地点、气象条件等信息，以便后续数据分析。

4.2.2 数据处理与分析

首先，对采集到的红外热成像数据进行预处理，去除噪声、校正温度等。然后，利用图像识别技术，将热图像中的硬化路面和绿地区域进行分割和识别。通过分析不同区域的温度变化曲线，结合降雨量、积水深度等数据，建立产流模型。例如，研究发现，在降雨初期，硬化路面温度迅速下降，这是由于雨水的冷却作用，但由于其透水性差，很快形成地表径流；而绿地在降雨过程中，温度下降较为平缓，且由于植被的截留、土壤的下渗等作用，产流过程相对缓慢。通过量化分析硬化路面和绿地在不同降雨阶段的温度变化与产流关系，可以深入了解两者的产流差异。

4.2.3 案例分析

以某城市的一个典型区域为例，在一次极端暴雨事件中，利用无人机搭载红外热成像仪进行数据采集。通过分析红外热成像数据发现，该区域内的主干道硬化路面在降雨开始后 15 分钟内，温度迅速从 35℃降至 25℃，且在路面低洼处很快出现积水，积水深度在 30 分钟内达到 5 厘米；而相邻的公园绿地，温度在降雨开始后 30 分钟内从 30℃降至 22℃，且绿地内的积水深度在 1 小时后才达到 2 厘米。通过建立产流模型，计算得出该硬化路面的产流系数约为 0.8，而绿地的产流系数约为 0.3。这一案例充分说明了结合红外热成像数据能够有效分析硬化路面与绿地的产流差异，为城市内涝防治提供科学依据。

五、对海绵城市植物配置的优化建议

5.1 基于产流差异的植物选择原则

5.1.1 适应积水环境

根据硬化路面与绿地产流差异分析结果，在容易产生积水的区域，应选择耐水湿的植物品种。例如，菖蒲、鸢尾等植物具有较强的耐水湿能力，能够在积水环境中正常生长。这些植物的根系发达，能够有效固土护坡，同时还能通过蒸腾作用调节局部小气候，减少地表径流的产生。

5.1.2 增强雨水净化能力

绿地在城市内涝防治中具有重要的雨水净化功能。为进一步提高绿地对雨水的净化效果，应选择对污染物吸附能力强的植物。例如，芦苇、香蒲等水生植物能够吸收雨水中的氮、磷等营养物质，降低水体富营养化程度，改善城市水环境。

5.1.3 考虑热岛效应缓解

鉴于热岛效应在城市内涝形成中的作用，在植物配置时应选择具有降温增湿功能的植物。高大乔木如悬铃木、樟树等，树冠茂密，能够遮挡阳光，减少地面热量吸收；同时，植物的蒸腾作用能够增加空气湿度，降低周边环境温度，缓解热岛效应，从而间接减少城市内涝的发生风险。

5.2 不同功能区的植物配置优化策略

5.2.1 城市道路绿化带

在城市道路绿化带中，可采用 “乔木 - 灌木 - 地被植物” 相结合的复合种植模式。在靠近机动车道一侧，种植高大乔木如银杏、栾树等，起到遮荫降温的作用；中间层种植耐修剪的灌木如金叶女贞、红叶石楠等，增加绿化带的景观效果；靠近人行道一侧，种植地被植物如麦冬、葱兰等，这些地被植物根系浅，能够快速吸收雨水，减少地表径流。同时，在道路绿化带的低洼处，设置雨水花园，种植菖蒲、再力花等耐水湿植物，对雨水进行净化和调蓄。

5.2.2 城市公园绿地

城市公园绿地是城市生态系统的重要组成部分，在植物配置上应注重生态多样性。在公园的水体周边，可种植荷花、睡莲等水生植物，营造优美的水景景观；在陆地区域，根据不同的地形和光照条件，合理搭配乔木、灌木和草本植物。例如，在阳光充足的开阔地带，种植紫薇、木槿等开花乔木，吸引昆虫和鸟类；在林下空间，种植耐阴的植物如八角金盘、玉簪等，形成多层次的植物群落。此外，公园内还可设置雨水塘、湿地等海绵设施，种植芦苇、菖蒲等水生植物，增强公园对雨水的调蓄和净化能力。

5.2.3 住宅小区绿地

住宅小区绿地与居民生活密切相关，在植物配置时应充分考虑居民的需求和安全性。在小区道路两侧，可种植一些树形优美、无毒无刺的乔木，如桂花、樱花等，为居民提供遮荫和观赏价值；在小区的绿地中央，设置小型的雨水花园或下沉式绿地，种植耐水湿的植物如萱草、美人蕉等，收集和净化小区内的雨水。同时，在植物选择上，应避免选择易引起过敏的植物品种，确保居民的身体健康。

六、结论与展望

在 “热岛效应 - 极端暴雨” 复合场景下，结合红外热成像数据能够有效地分析硬化路面与绿地的产流差异，为城市内涝积水监测提供了新的视角和方法。基于产流差异分析结果，对海绵城市植物配置进行优化，能够提高城市绿地的雨水调蓄和净化能力，增强城市应对内涝灾害的韧性。未来，随着技术的不断进步，红外热成像技术在城市内涝监测中的应用将更加广泛和深入，同时，海绵城市植物配置的研究也将不断完善，为城市的可持续发展提供更加有力的支持。