一种海绵城市性能监视系统和方法与流程

本申请涉及物联网领域，尤其涉及一种对水资源控制能力进行性能监视的系统和方法。

背景技术：

海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”。下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。当前，全国各地在城市建设、地区建设中都融入了海绵城市理念。然而，海绵城市建设主要停留在基础设施建设中，缺乏有效的监测和评估的技术手段，判断海绵城市的性能是否达到建设标准。因此，科学有效的海绵城市性能监视方法和系统是迫切需要的。

技术实现要素：

本申请提出一种海绵城市性能监视系统和方法，解决实时进行海绵城市性能监测的数据采集、分析和评估问题。

本申请实施例提供一种海绵城市性能监视系统，包括至少一个流量监测计、至少一个水质监测计、至少一个雨量监测计、数据采集单元、中央处理单元、存储单元、显示单元；所述流量监测计，用于监测瞬时流量；所述水质监测计，用于监测瞬时污染物浓度；所述雨量监测计，用于监测瞬时降雨量；所述数据采集单元，用于采集所述流量监测计、水质监测计、雨量监测计的监测数据；所述存储单元，用于存储所述监测数据；所述中央处理单元，用于控制所述流量监测计、水质监测计、雨量监测计的监测周期，根据所述监测数据计算径流总量控制率、降雨径流污染物负荷；所述显示单元，用于显示所述径流总量控制率、降雨径流污染物负荷数据。

优选地，所述流量监测计安装在地块排水点；所述地块排水点包含以下至少一种：雨水排放口、管网排放口。

优选地，所述水质监测计安装在地块排水点；所述地块排水点包含以下至少一种：雨水排放口、管网排放口。

优选地，所述雨量监测计安装在地块中空旷区域。

作为本发明海绵城市性能监视系统进一步优化的实施例，所述监测周期，包含最小监测周期和最大监测周期；所述最小监测周期为连续两次监测的间隔时间，不大于15分钟；所述最大监测周期为连续多次监测所经历的总时长，不少于一年。

进一步优选地，所述中央处理单元，还用于根据所述径流总量控制率、降雨径流污染物负荷数据加权计算地块评价值；所述显示单元，还用于显示所述地块评价值。

优选地，所述流量监测计、水质监测计、雨量监测计分为多组；每一组流量监测计、水质监测计、雨量监测计用于监测一个地块。进一步优选地，所述显示单元区分地块显示所述径流总量控制率、降雨径流污染物负荷数据。

本申请实施例还提供一种海绵城市性能监视方法，用于本申请任意一项海绵城市性能监视系统实施例，包含以下步骤：

针对一个或多个地块，监测所述地块的全部排水点的瞬时流量；同时监测所述地块的瞬时降雨量；

根据所述瞬时流量计算监测周期排水径流量；

根据所述瞬时降雨量计算监测周期降雨量、再结合地块汇水面积计算监测周期雨水控制体积；

根据所述雨水控制体积、排水径流量、地块汇水面积计算监测周期实际控制雨量；

将所述监测周期实际控制雨量和监测周期降雨量相比较，得到所述监测周期的径流总量控制率。

本申请实施例还提供一种海绵城市性能监视方法，用于本申请任意一项海绵城市性能监视系统实施例，包含以下步骤

针对一个或多个地块，同时监测所述地块的全部排水点的瞬时流量、瞬时污染物浓度；同时监测所述地块的瞬时降雨量；

根据所述瞬时流量计算监测周期的排水径流量；根据瞬时流量、瞬时污染物浓度计算监测周期的降雨径流污染物负荷；

根据所述监测周期的排水径流量、降雨径流污染物负荷，计算污染物平均浓度。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本发明的优点在于实时监测地块水流量、污染物浓度、雨水量，对年径流总量控制率和降雨径流污染物负荷进行分析，直观、方便地提供监测和评估结果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的海绵城市性能监视系统实施例；

图2为本发明海绵城市性能监视系统用于地块监测实施例；

图3为本发明海绵城市性能监视系统用于区分地块检测实施例；

图4为本发明的海绵城市性能监视方法实施例流程图；

图5为本发明海绵城市性能监视方法的另一实施例流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

海绵城市的基础评价指标为每个类别中具有很好的代表性、区别性强，而且可以定量监测的因素组成基础评价指标体系，具体包括：年径流总量控制率(水生态)、城市面源污染控制(水环境)等。本发明的特点是对上述指标进行定量监测能够对进行了海绵城市基础设施建设的区域进行建设绩效评价，指导海绵城市基础设施建设，为海绵城市考核评价服务。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本发明的海绵城市性能监视系统实施例。本申请实施例提供一种海绵城市性能监视系统，包括至少一个流量监测计11、至少一个水质监测计12、至少一个雨量监测计13、数据采集单元21、中央处理单元22、存储单元24、显示单元23；所述流量监测计，用于监测瞬时流量；所述水质监测计，用于监测瞬时污染物浓度；所述雨量监测计，用于监测瞬时降雨量；所述数据采集单元，用于采集所述流量监测计、水质监测计、雨量监测计的监测数据；所述存储单元，用于存储所述监测数据；所述中央处理单元，用于控制所述流量监测计、水质监测计、雨量监测计的监测周期，根据所述监测数据计算径流总量控制率、降雨径流污染物负荷；所述显示单元，用于显示所述径流总量控制率、降雨径流污染物负荷数据。

所述至少一个流量监测计11、至少一个水质监测计12、至少一个雨量监测计13，构成一传感器网络；所述数据采集单元21、中央处理单元22、存储单元24、显示单元23，构成系统主机2。

图2为本发明海绵城市性能监视系统用于地块监测实施例。优选地，所述流量监测计安装在地块排水点；所述地块排水点包含以下至少一种：雨水排放口、管网排放口。优选地，所述水质监测计安装在地块排水点；所述地块排水点包含以下至少一种：雨水排放口、管网排放口。优选地，所述雨量监测计安装在地块中空旷区域。本实施例中，所述流量监测计、水质监测计、雨量监测计均为多个，共同连接于系统主机2。本实施例的流量监测计、水质监测计分布在地块边界处的河流出入口A/C、管网排放口B；雨量监测计安装在地块中空旷区域D。

作为本发明海绵城市性能监视系统进一步优化的实施例，所述监测周期，包含最小监测周期和最大监测周期；所述最小监测周期为连续两次监测的间隔时间，不大于15分钟；所述最大监测周期为连续多次监测所经历的总时长，不少于一年。

例如，首先，选择典型降雨场次，对试点区域的场次降雨径流传输过程进行监测；然后，结合实测的降雨数据，构建试点区域雨水系统模型，将流量、水深、积水时间、水质等监测数据用于率定、验证模型参数。将全年所有场次的降雨输入模型，利用率定得出的模型参数，模拟得出试点区域的排水体积总量和控制雨水径流量、单场降雨的水质浓度，据此计算年径流总量控制率、年降雨径流污染物负荷。

再例如，某城市某工业园区，区域面积两平方公里。区域内建设了大量透水铺装地面、下凹式绿地、路边生态沟(雨水花园)、雨洪湿地等设施，已经将径流总量控制率85％的目标分解到各个地块，提出了每个地块的径流总量控制目标和具体的指标，包括绿地下凹率、硬地面透水铺装率、单位面积净调蓄容积等。园区内有一条河流，作为区域内排水出口断面，区域北区、东南区各有一个排水出口断面作为径流排放总监测断面，布设流量计、水质监测设备；选择区域内的绿地公园开放区域放置远传雨量站，监测本区域降雨量；分析排水管网图，选择区域入口为外部客水入流监测断面。为了评价园区内的海绵城市建设效果，结合水生态、水安全、水资源、水环境状况和城市发展规划，从年径流总量控制率、排水防涝标准方面确定其海绵城市建设总体目标和具体量化考核指标。

图3为本发明海绵城市性能监视系统用于区分地块检测实施例。优选地，所述流量监测计、水质监测计、雨量监测计分为多组；每一组流量监测计、水质监测计、雨量监测计用于监测一个地块。例如，图2中分布在第一地块的流量监测计、水质监测计、雨量监测计为第一组；分布在第二地块的流量监测计、水质监测计、雨量监测计为第二组，共同连接于系统主机2。进一步地，所述显示单元区分地块显示所述径流总量控制率、降雨径流污染物负荷数据。进一步优选地，所述中央处理单元，还用于根据所述径流总量控制率、降雨径流污染物负荷数据加权计算地块评价值；所述显示单元，还用于显示所述地块评价值。

在本实施例中，两地块的径流总量控制率、降雨径流污染物负荷、地块评价值共同显示于所述系统主机中的显示单元，实现实时、直观对比监测。

例如，上述指标在经过监测、计算、模拟或统计后，可得出各个评价地块的径流总量控制率，采用专题图的形式在显示单元中显示出来。通过本发明系统的数据存储单元，还可以查看指标的监测值、预测值等。再例如，通过在地图上对各个评价区域按照评价结果的不同颜色，形成评价结果专题图，方便相关单位决策人员进行海绵城市建设效果评价。

图4为本发明的海绵城市性能监视方法实施例流程图。本申请实施例还提供一种海绵城市性能监视方法，用于本申请任意一项海绵城市性能监视系统实施例，包含以下步骤：

步骤101、针对一个或多个地块，监测所述地块的全部排水点的瞬时流量；同时监测所述地块的瞬时降雨量；

步骤102、根据所述瞬时流量计算监测周期排水径流量；

步骤103、根据所述瞬时降雨量计算监测周期降雨量、再结合地块汇水面积计算监测周期雨水控制体积；

步骤104、根据所述雨水控制体积、排水径流量(体积)、地块汇水面积计算监测周期实际控制雨量；

步骤105、将所述监测周期实际控制雨量和监测周期降雨量相比较，得到所述监测周期的径流总量控制率。

例如，以日为监测周期，首先，基于设计降雨量，选择有代表性的日降雨(要求“降雨量≥设计降雨量”)，使用流量监测计监测当日的排水径流量，计算雨水控制体积和实际控制雨量，其计算公式为：

式中，H_控——该日实际控制雨量；

H_降——该日降雨量，为所述瞬时降雨量在该日的累积量

A_汇——地块汇水面积

W_排——该日排水径流量

径流总量控制率是实际控制雨量占降雨量的比例，即H_控/H_降×100％；年径流总量控制率是全年得到控制的雨量占全年总降雨量的比例，年径流总量控制率＝全年累计实际控制雨量/全年累计降雨量)×100％。

优选地，本实施例还包含评价的步骤：

步骤106、如果全年内各监测周期内径流总量控制率均大于设计的指标，则年径流总量控制率达标。

步骤107、将一个或多个地块的径流总量控制率、地块评价值显示于所述系统主机中的显示单元。

图5为本发明海绵城市性能监视方法的另一实施例流程图。本申请实施例还提供一种海绵城市性能监视方法，用于本申请任意一项海绵城市性能监视系统实施例，包含以下步骤：

针对一个或多个地块，

步骤201、同时监测所述地块的全部排水点的瞬时流量、瞬时污染物浓度；同时监测所述地块的瞬时降雨量；

步骤202、根据所述瞬时流量计算监测周期的排水径流量；

步骤203、根据瞬时流量、瞬时污染物浓度计算监测周期的降雨径流污染物负荷；

步骤204、根据所述监测周期的排水径流量、降雨径流污染物负荷，计算污染物平均浓度。

例如，以单次降雨时间为监测周期，通过水质监测计和流量监测计监测某一地块的污染物浓度、流量。计算该地块降雨径流污染物负荷。根据降雨径流水质和水量监测数据，单场次降雨径流的污染物平均浓度EMC可按公式2计算；

式中

T——监测周期，即降雨历时

Q(t)——监测的瞬时流量

C(t)——随降雨历时监测的瞬时污染物浓度

公式2的分子为一次降雨的降雨径流污染物负荷；分母为一次降雨的排水径流量。

再例如，以一年为监测周期，则年降雨径流的污染物平均浓度可按公式3计算；

式中

Qi(t)——第i次降雨监测的瞬时流量；

Ci(t)——第i次降雨随降雨历时监测的瞬时污染物浓度。

公式3的分子为全年的降雨径流污染物负荷；分母为全年的排水径流量。

地块的年降雨径流污染物负荷M可按下式计算：

式中

φ——年综合雨量径流系数，径流系数是排水径流量与雨水控制体积之比；年综合雨量径流系数是全年的排水径流量与全年雨水控制体积之比。

A——地块面积；

H_年——地块年均降雨量。公式4中，A×H_年即为全年雨水控制体积。

步骤205、将一个或多个地块的降雨径流污染物负荷、污染物平均浓度、地块评价值显示于所述系统主机中的显示单元，实现实时、直观对比监测。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。