城市排水系统未来面临巨大挑战的原因包括城市化进程加速、气候变化、基础设施老化、土地利用变化以及水质污染和环境保护等因素。

1. 城市化进程加速：随着城市化的快速发展，人口数量不断增加，城市面积扩大，建筑物和道路的增多，排水系统需要适应更大规模的雨水和废水排放。这给排水系统的设计、建设和运营带来了巨大挑战。

2. 气候变化影响：气候变化导致了极端天气事件频发，如暴雨、洪水等。这些极端天气事件给城市排水系统提出了更高的要求，需要能够有效处理和排放大量的降雨水，防止水患和灾害发生。

3. 基础设施老化：许多城市的排水系统基础设施已经存在一定的老化和磨损。长期使用和维护不足可能导致管道破裂、堵塞等问题，影响排水系统的正常运行。更新和修复老旧基础设施需要大量的投资和资源。

4. 土地利用变化：随着城市发展，土地利用发生变化，如新增建筑物、道路或者土地改造。这些变化可能会影响原有的排水格局，导致水流受阻、积聚或者倒灌等问题，给排水系统带来不确定性和挑战。

5. 水质污染和环境保护：城市废水排放对水体和环境造成污染，对水质处理要求更高。同时，城市排水系统也需要考虑如何最大限度地减少对环境的负面影响，实现可持续发展。

有效应对这些挑战需要科学规划、创新技术、合理管理和公众参与，采取综合措施来提高城市排水系统的抗洪能力和可持续性：

1.加强规划和设计：在城市发展规划中考虑排水系统的需求，合理规划排水设施的布局和容量设计，确保其适应未来的气候变化和城市发展的需要。

2.创新技术应用：利用先进的技术手段，如智能监测系统、大数据分析等，实时监测和管理城市排水系统，及时发现问题并采取措施解决。

3.加强维护和管理：加大对城市排水系统的维护力度，定期进行检修和清理，确保设施的正常运行和寿命延长。

4.推广雨水收集和再利用：通过建设雨水收集系统，将雨水用于冲洗、灌溉等非饮用水方面，减轻对排水系统的负荷，同时实现雨水资源的有效利用。

5.加强公众参与：提高公众对排水系统的认识和意识，教育居民正确使用和维护排水设施，减少对排水系统的负面影响。

通过以上措施的综合应用，可以有效提升城市排水系统的抗洪能力和可持续发展，确保城市的安全和宜居性。