城市排水系統未來面臨巨大挑戰的原因包括城市化進程加速、氣候變化、基礎設施老化、土地利用變化以及水質污染和環境保護等因素。

1. 城市化進程加速：隨著城市化的快速發展，人口數量不斷增加，城市面積擴大，建筑物和道路的增多，排水系統需要適應更大規模的雨水和廢水排放。這給排水系統的設計、建設和運營帶來了巨大挑戰。

2. 氣候變化影響：氣候變化導致了極端天氣事件頻發，如暴雨、洪水等。這些極端天氣事件給城市排水系統提出了更高的要求，需要能夠有效處理和排放大量的降雨水，防止水患和災害發生。

3. 基礎設施老化：許多城市的排水系統基礎設施已經存在一定的老化和磨損。長期使用和維護不足可能導致管道破裂、堵塞等問題，影響排水系統的正常運行。更新和修復老舊基礎設施需要大量的投資和資源。

4. 土地利用變化：隨著城市發展，土地利用發生變化，如新增建筑物、道路或者土地改造。這些變化可能會影響原有的排水格局，導致水流受阻、積聚或者倒灌等問題，給排水系統帶來不確定性和挑戰。

5. 水質污染和環境保護：城市廢水排放對水體和環境造成污染，對水質處理要求更高。同時，城市排水系統也需要考慮如何最大限度地減少對環境的負面影響，實現可持續發展。

有效應對這些挑戰需要科學規劃、創新技術、合理管理和公眾參與，采取綜合措施來提高城市排水系統的抗洪能力和可持續性：

1.加強規劃和設計：在城市發展規劃中考慮排水系統的需求，合理規劃排水設施的布局和容量設計，確保其適應未來的氣候變化和城市發展的需要。

2.創新技術應用：利用先進的技術手段，如智能監測系統、大數據分析等，實時監測和管理城市排水系統，及時發現問題并采取措施解決。

3.加強維護和管理：加大對城市排水系統的維護力度，定期進行檢修和清理，確保設施的正常運行和壽命延長。

4.推廣雨水收集和再利用：通過建設雨水收集系統，將雨水用于沖洗、灌溉等非飲用水方面，減輕對排水系統的負荷，同時實現雨水資源的有效利用。

5.加強公眾參與：提高公眾對排水系統的認識和意識，教育居民正確使用和維護排水設施，減少對排水系統的負面影響。

通過以上措施的綜合應用，可以有效提升城市排水系統的抗洪能力和可持續發展，確保城市的安全和宜居性。