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智慧水务平台下城市排水系统动态性能评估与改进1

智慧水务平台下城市排水系统动态性能评估与改进

智慧水务平台下城市排水系统动态性能评估与改进

摘要

随着城市化进程的加速，城市排水系统面临日益严峻的挑战，包括极端天气频发、

管网老化、管理效率低下等问题。智慧水务平台通过物联网（IoT）、大数据分析、人

工智能（AI）等技术，为城市排水系统的动态性能评估与优化提供了新的解决方案。本

报告基于智慧水务平台，构建了一套系统的城市排水性能评估与改进框架，涵盖数据采

集、模型构建、动态监测、优化决策等关键环节。通过案例分析和数据模拟，验证了该

方法在提升排水系统韧性、降低内涝风险、优化资源配置等方面的有效性。研究表明，

智慧水务平台能够显著提升城市排水系统的运行效率和管理水平，为未来智慧城市建

设提供重要支撑。

关键词：智慧水务、城市排水系统、动态性能评估、大数据分析、优化决策

1.引言

1.1研究背景

城市排水系统是城市基础设施的重要组成部分，直接关系到城市防洪排涝、环境保

护和居民生活质量。然而，传统排水系统存在监测手段单一、数据分散、响应滞后等问

题，难以应对日益复杂的城市水环境挑战。近年来，国家相继出台《城镇排水与污水处

理条例》《智慧水利建设指导意见》等政策，推动水务管理向智能化、精细化方向发展。

1.2研究意义

智慧水务平台通过集成传感器网络、云计算、数字孪生等技术，能够实现对排水系

统的实时监测、动态评估和智能调控。本研究旨在构建一套基于智慧水务平台的排水系

统性能评估与优化方法，为城市水务管理提供科学依据，提升城市应对极端天气的能

力。

1.3研究目标

1.建立城市排水系统动态性能评估指标体系；

2.开发基于大数据的排水系统仿真模型；

3.提出排水系统优化改进策略；

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4.验证智慧水务平台在实际应用中的有效性。

2.现状分析

2.1城市排水系统现状

目前，我国城市排水系统主要采用分流制和合流制两种模式。然而，许多老旧城区

仍存在管网堵塞、雨污混流等问题，导致内涝频发。据《中国城市建设统计年鉴》数据

显示，2022年全国城市内涝灾害造成的直接经济损失超过500亿元。

2.2智慧水务发展现状

智慧水务平台已在部分城市试点应用，如深圳、上海等地通过部署智能传感器、构

建数字孪生模型，实现了排水系统的可视化管理和智能调度。然而，当前智慧水务建设

仍面临数据孤岛、算法精度不足、系统集成度低等问题。

2.3国内外研究进展

国外研究主要集中在基于机器学习的排水系统预测模型（如SWMM、MIKEUR-

BAN），而国内更侧重于智慧水务平台的应用实践。本研究结合两者优势，提出适用于

中国城市排水系统的动态评估方法。

3.理论依据

3.1排水系统动态性能评估理论

排水系统的动态性能包括排水能力、运行效率、韧性等维度。本研究采用层次分析

法（AHP）构建评估指标体系，结合模糊综合评价法进行量化分析。

3.2大数据分析理论

智慧水务平台采集的数据包括水位、流量、降雨量等，需通过数据清洗、特征提取、

时间序列分析等技术进行处理。本研究采用LSTM神经网络进行排水负荷预测。

3.3优化决策理论

基于遗传算法（GA）和粒子群优化（PSO）算法，本研究提出排水系统调度优化

模型，以降低内涝风险并提高资源利用率。

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4.技术路线

4.1数据采集与预处理

部署多源传感器（液位计、流量计、雨量计），通过MQTT协议传输数据至云端，

并进行异常值检测和数据融合。

4.2模型构建与仿真

采用SWMM模型构建排水系统水力模型，结合机器学习算法进行动态性能评估。

4.3优化策略生成

基于强化学习（ReinforcementLearning）算法，生成排水泵站调度方案，实现动态

优化。

5.实施方案

5.1试点城市选择

选取某沿海城市作为试点，该城市年均降雨量达1500mm，排水系统面临较大压力。