城市排水管网作为 “城市地下生命线”，承担着雨水排除、污水输送的核心功能，其运行效率直接关系到城市防汛安全与水环境质量。随着城市化进程加快，传统排水管网 “被动运维、经验调度” 的模式已难以应对复杂的水文工况与激增的排水需求。智慧化技术通过融合物联网、大数据、人工智能等前沿手段，为排水管网赋予 “感知、分析、决策、调度” 的全链条智能能力，推动管网管理从 “人工巡检” 向 “自动化监测”、“经验调度” 向 “精准化调控” 转型。本文将详解智慧化技术在城市排水管网中的核心应用，及由此实现的自动化监测与调度功能，为城市排水系统升级提供参考。

一、智慧化技术在城市排水管网中的核心应用场景

（一）物联网（IoT）感知技术：构建管网 “神经末梢”

物联网感知技术是智慧排水的基础，通过在管网关键节点部署各类传感器，实现对管网运行状态的全面感知。核心应用包括：

流量与水位监测：在管网干支线、泵站进出口、溢流口等位置安装电磁流量计、超声波液位计，实时采集管道流量、水位数据，精度可达 ±0.5% FS，为负荷判断提供数据支撑；

水质监测：在雨污分流排污口、管网交汇处部署水质传感器，监测 COD、氨氮、悬浮物等指标，及时发现异常排污行为；

管网状态监测：通过管道机器人、光纤传感技术监测管道腐蚀、破损、淤积情况，利用智能井盖的倾角、振动传感器捕捉井盖移位、冲失风险；

环境联动监测：联动气象站、河道水位监测设备，采集降雨量、河道水位数据，预判雨水汇入强度与顶托风险。

这些传感器通过 4G/5G、LoRa 等通信技术，将数据实时上传至智慧排水平台，构建起 “全域覆盖、实时感知” 的监测网络。

（二）大数据与数字孪生技术：打造管网 “虚拟镜像”

大数据与数字孪生技术通过构建管网数字化模型，实现对物理管网的精准映射与模拟分析：

管网数字化建模：整合管网竣工资料、地理信息、历史监测数据，构建 1:1 数字孪生模型，清晰呈现管道走向、管径、埋深、附属设施等信息，解决传统纸质档案管理混乱、查询不便的问题；

工况模拟分析：利用水力模型模拟不同降雨量、排污负荷下的管网水流状态，预判积水点、溢流风险区域，为调度策略制定提供模拟支撑；

历史数据挖掘：分析历年汛期数据、管网故障记录，总结积水演进规律、故障高发节点特征，优化监测点布局与调度预案。

例如，某城市通过数字孪生模型模拟 30 年一遇暴雨工况，精准识别出 12 处高风险积水点，提前制定管网改造与泵站调度方案，有效降低了内涝损失。

（三）人工智能（AI）与边缘计算技术：赋予管网 “决策大脑”

人工智能与边缘计算技术实现数据的智能分析与快速响应，避免数据传输延迟导致的决策滞后：

异常智能识别：通过 AI 算法分析流量、水位、水质数据的异常波动，自动识别管道堵塞、破损、非法排污等问题，误报率控制在 5% 以下；

负荷预测预警：基于历史数据与实时气象信息，利用机器学习模型预测未来 1-6 小时管网流量负荷，提前发出过载预警；

边缘节点决策：在泵站、溢流口等关键节点部署边缘计算设备，实现 “数据本地分析、决策即时执行”，无需依赖云端平台即可完成简单调度指令。

（四）自动化控制与联动技术：实现管网 “自主运行”

自动化控制技术通过联动泵站、阀门等执行设备，实现管网运行的无人化调度：

泵站自动化控制：根据管网水位、流量数据，自动调节泵站水泵运行台数与频率，实现 “水位高时自动启动、水位低时自动停机”，优化能耗与排水效率；

阀门智能调控：在管网分支、溢流口安装电动阀门，根据流量分配需求自动调节开度，避免局部管网过载，减少污水溢流；

多系统联动：联动污水处理厂、河道水利枢纽，根据管网污水量自动调整污水处理厂运行负荷，结合河道水位数据优化泵站排水时机，避免顶托效应。

二、智慧化技术实现的核心自动化监测功能

（一）全时段精准监测，替代人工巡检

智慧化技术彻底改变了传统 “白天巡检、定期抽检” 的模式，实现：

24 小时不间断监测：传感器全天候采集数据，每 1-10 秒更新一次，及时捕捉夜间、暴雨等特殊时段的异常情况，如深夜非法排污、汛期水位暴涨；

隐蔽部位监测：管道机器人可进入深埋管道、狭窄支管等人工难以到达的区域，通过高清摄像头实时传回内部影像，发现淤积、裂缝等隐患，检测效率较人工提升 5 倍；

异常自动报警：当监测数据超出预设阈值（如水位超警戒值、流量突变），系统自动通过短信、APP、平台弹窗向管理人员报警，同时标注异常位置与数据趋势，助力快速响应。

某城市智慧排水系统运行后，管网故障发现时间从平均 8 小时缩短至 15 分钟，故障处理效率提升 70%。

（二）多维度数据融合，实现风险预判

通过整合管网运行数据、环境数据，实现从 “被动响应” 到 “主动预判” 的转变：

内涝风险预判：结合降雨量、管网负荷、地形数据，预测积水发生时间、深度与影响范围，提前向市民推送预警信息，引导避行；

管网过载预警：当监测到管网流量接近设计上限，或泵站运行负荷过高时，提前发出过载预警，为调度调整预留时间；

水质污染溯源：通过水质传感器数据与管网拓扑关系，逆向追踪异常排污的源头位置，为环保执法提供精准线索。

例如，某工业园区通过水质数据融合分析，成功溯源 3 起偷排工业废水事件，精准定位排污企业，打击了违法排污行为。

（三）设备状态监测，保障运行稳定

智慧化技术实现对管网附属设备的全生命周期监测：

泵站设备监测：实时监测水泵、电机的电压、电流、振动、温度数据，预判设备故障风险，实现 “预防性维护”，减少非计划停机时间；

传感器状态自检：设备定期进行自我校准与故障诊断，当传感器出现漂移、故障时，自动发出维护提醒，确保监测数据可靠；

管网健康评估：通过长期监测数据构建管网健康指数模型，量化管道腐蚀、淤积程度，为管网修复、更换提供优先级依据。

三、智慧化技术实现的核心自动化调度功能

（一）泵站智能调度，优化排水效率

基于实时监测数据与水力模拟结果，实现泵站运行的自动化、精细化调度：

负荷均衡调度：根据各泵站服务区域的管网水位、流量数据，自动分配排水负荷，避免部分泵站过载、部分泵站闲置的情况；

错峰排水调度：在汛期，结合河道水位数据，当河道水位较低时，提前启动泵站预排空管网，预留调蓄空间；当河道水位过高出现顶托风险时，自动降低排水强度，避免污水倒灌；

节能优化调度：通过 AI 算法优化水泵运行组合，在满足排水需求的前提下，优先启动能耗较低的水泵，降低泵站运行成本。某城市泵站智能化调度后，吨水运行能耗下降 12%。

（二）管网流量智能调控，减少污水溢流

通过电动阀门的自动化控制，实现管网流量的动态分配：

分流调控：在雨污分流管网中，当降雨量较大导致雨水管网过载时，自动开启溢流通道的调节阀门，将部分雨水分流至调蓄池，避免污水混合雨水溢流污染河道；

支线限流调控：当某一支管流量过大时，自动调节支管阀门开度，将部分流量分流至负荷较低的干管，避免局部管网淤积、破损；

应急调度：当管道发生破损、堵塞时，自动关闭相关区域的阀门，隔离故障段，减少污水泄漏与影响范围，同时联动泵站调整排水路径。

（三）多系统协同调度，提升综合治理效能

智慧化技术打破了排水管网、污水处理厂、河道水利系统的信息壁垒，实现协同调度：

排水管网与污水处理厂协同：根据管网污水量、水质数据，自动调整污水处理厂的曝气强度、药剂投加量，优化处理工艺，提升处理效率与出水水质；

排水管网与河道协同：联动河道水位监测与水利枢纽调度，当河道水位过高时，协调水利部门开闸泄洪，降低顶托风险；当河道水位过低时，利用再生水补充河道生态用水，同时为管网排水创造有利条件；

排水管网与城市防汛协同：将积水预警信息、调度方案同步至城市防汛指挥平台，联动交管部门发布交通管制信息、城管部门部署应急排水设备，形成防汛合力。

四、实践案例：智慧化技术赋能管网升级

某省会城市老城区管网老化、雨污混流问题突出，通过智慧化技术改造实现了显著提升：

部署 200 余套流量、水位传感器，50 套智能井盖，构建全域监测网络；

搭建数字孪生平台，整合 300 余公里管网数据，模拟不同工况下的排水状态；

实现泵站自动化调度与阀门智能调控，汛期内涝积水时长从平均 4 小时缩短至 30 分钟，污水溢流次数减少 80%，管网运维成本降低 30%。

该案例证明，智慧化技术能有效破解老城区排水管网的治理难题，实现 “精准监测、科学调度、高效运维” 的目标。

五、结语：智慧化引领城市排水管网高质量发展

智慧化技术为城市排水管网注入了 “感知、思考、行动” 的能力，通过自动化监测实现了管网运行状态的全面掌控，通过智能化调度优化了排水系统的运行效率，彻底改变了传统排水管网 “重建设、轻管理” 的模式。

未来，随着 5G、AI、数字孪生技术的持续迭代，智慧排水将向 “全域感知更精准、调度决策更智能、多系统协同更深度” 的方向发展。例如，通过无人机巡查与地面传感器联动，实现管网覆盖无死角；利用 AI 大模型实现更复杂工况的精准模拟与调度方案生成。

城市排水管网的智慧化升级，不仅能提升防汛减灾能力、改善水环境质量，更能为城市可持续发展提供坚实支撑。唯有持续推动智慧化技术与排水管网的深度融合，才能让 “城市地下生命线” 更安全、更高效、更可靠，为市民创造宜居的城市环境。