基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)優(yōu)化問題探析

曾軍　呂濤

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)的一些不足，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)解決方案，并詳細(xì)分析了其優(yōu)化結(jié)果。優(yōu)化結(jié)果證實(shí)了所提方法的有效性。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；傳感器；雨水收集系統(tǒng)；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）12-00-02

0 引 言

目前，現(xiàn)有的雨水收集處理裝置大多采用被動(dòng)收集方式，人們對(duì)雨水收集過程缺乏控制，因此如何有效的對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)裝置進(jìn)行優(yōu)化處理就顯得尤為重要。

本文針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)裝置的一些不足，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)優(yōu)化解決方案。此優(yōu)化方案利用自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、自動(dòng)報(bào)警、診斷和維護(hù)等功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“管理、控制、運(yùn)行”一體化解決方案。

1 現(xiàn)有傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)缺陷分析

通過相關(guān)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)主要存在以下不足：

（1）需要組合使用。在資源利用過程中會(huì)造成大量人力、物力、財(cái)力的投入，但收效甚微。

（2）對(duì)雨水的處理過程較為粗略。以物理處理方式為主，以微少化學(xué)處理流程為輔，并且處理后水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置較少，因此會(huì)造成水中總會(huì)有微量化學(xué)藥劑的存在，會(huì)產(chǎn)生一定的副作用。

（3）對(duì)水資源缺乏細(xì)致的分類。一套流程處理不同的水質(zhì)，就會(huì)造成處理過程嚴(yán)謹(jǐn)化缺失，水質(zhì)凈化的指標(biāo)保證體系缺乏制度化的規(guī)定。

（4）缺乏功能檢測(cè)裝置。現(xiàn)有傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)只適合小范圍使用，且設(shè)備的處理量較大，這會(huì)導(dǎo)致裝置加速老化，但鮮有人能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的老化并更新系統(tǒng)。

（5）缺少必要的水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警環(huán)節(jié)。如水質(zhì)等級(jí)預(yù)警、系統(tǒng)老化預(yù)警、水質(zhì)處理進(jìn)度預(yù)警、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等。

（6）反應(yīng)時(shí)效性較差。主要原因在于系統(tǒng)開放性較低，一旦發(fā)生故障需要大量的人員及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。

（7）雨水無(wú)法真正被人們廣范利用。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)方案

針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)裝置存在的一些不足，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)優(yōu)化解決方案。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將多種傳感采集模塊與雨水收集系統(tǒng)裝置相結(jié)合，組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過多種傳感器技術(shù)（如污染物濃度傳感器、水位監(jiān)測(cè)傳感器等）完成收集區(qū)域內(nèi)雨水污染程度和降雨量的監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心進(jìn)行后續(xù)信息處理；采用分級(jí)處理機(jī)制，根據(jù)雨水的污染程度和降雨量將其劃分為四個(gè)等級(jí)：正常情況、輕度污染情況、重度污染情況以及暴雨情況，制定不同的雨水處理措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水資源的高效利用。

根據(jù)《城市雨水徑流復(fù)合介質(zhì)多級(jí)過濾技術(shù)研究》中關(guān)于雨水所含物質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)，水質(zhì)以及其用途的劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所列。

如果是自然降雨，經(jīng)過本雨水收集系統(tǒng)監(jiān)測(cè)處理后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)其水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)與車輛沖洗用水水質(zhì)對(duì)應(yīng)指標(biāo)相比更低時(shí)，則其為一級(jí)雨水；當(dāng)雨水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)在道路清掃與建筑施工用水水質(zhì)指標(biāo)之間時(shí)，則其為二級(jí)雨水；當(dāng)雨水各項(xiàng)指標(biāo)高于建筑用水時(shí)可視為三級(jí)雨水，需要經(jīng)過多層處理方可使用。

不同于傳統(tǒng)雨水收集裝置，本優(yōu)化方案中雨水收集裝置的過濾系統(tǒng)除了感應(yīng)閥門裝置外，還包括兩層過濾網(wǎng)：一層為普通的過濾網(wǎng)（一般可以去除>2.5 mm的雜質(zhì)）；二層為深度過濾網(wǎng)，針對(duì)二級(jí)雨水使用，該層過濾網(wǎng)可以將超出指標(biāo)的污染物或渾濁物進(jìn)行二次的溶解和沉淀，起到高效過濾雨水的作用。

3 方案優(yōu)化結(jié)果分析

3.1 變被動(dòng)收集為智能化收集

基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)優(yōu)化方案利用多種傳感采集模塊與雨水收集系統(tǒng)裝置相結(jié)合，組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過多種傳感器技術(shù)（如污染物濃度傳感器、水位監(jiān)測(cè)傳感器等）完成收集區(qū)域內(nèi)雨水污染程度和降雨量的監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心進(jìn)行后續(xù)信息處理。與傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)相比較，優(yōu)化方案在收集雨水的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了雨水相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)分析，并根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)參量實(shí)現(xiàn)了雨水的智能化分級(jí)處理機(jī)制，改變了過去被動(dòng)式的集水、排水模式。

3.2 收集效率的提高

基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)優(yōu)化方案采用分級(jí)處理機(jī)制，利用多傳感器處理技術(shù)，根據(jù)雨水的污染程度和降雨量將其劃分為四個(gè)等級(jí)：正常情況、輕度污染情況、重度污染情況以及暴雨情況，制定不同的雨水處理措施，從而提高雨水收集處理效率和質(zhì)量，提高雨水凈化強(qiáng)度。

正常情況下無(wú)需開動(dòng)閥門開關(guān)，過濾后將進(jìn)入蓄水區(qū)；當(dāng)出現(xiàn)輕度污染情況時(shí)，過濾裝置將開啟二層過濾網(wǎng)閥門，兩次過濾后再進(jìn)入儲(chǔ)蓄區(qū)域；如果出現(xiàn)重度污染情況，就將雨水直接排入廢水管道；要是遇到暴雨情況，就需要進(jìn)行緊急處理，收集到的雨水會(huì)直接進(jìn)入蓄水區(qū)2，等水位下降時(shí)，再進(jìn)行上述步驟。

3.3 增加數(shù)據(jù)維護(hù)功能

由于傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)中未結(jié)合智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，眾多有關(guān)降雨量及雨水總雜質(zhì)含量的數(shù)據(jù)未能通過技術(shù)手段保留下來。系統(tǒng)優(yōu)化方案可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特性，將得到的雨水收集數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，后續(xù)還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘和研究，如預(yù)測(cè)未來雨水含量走勢(shì)及通過分析雨水中所含雜質(zhì)的比例對(duì)環(huán)境治理提出合理建議。

3.4 有利于可持續(xù)發(fā)展

與傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)相比，引入新技術(shù)設(shè)備之后，雖然單個(gè)系統(tǒng)成本有所提高，但是從社會(huì)效益及長(zhǎng)期成本控制的角度來看，技術(shù)革新與設(shè)備改進(jìn)是可持續(xù)發(fā)展的必要選擇。如果收集到的雨水水質(zhì)較好，通過過濾即可完成雨水的處理，其處理成本比較低，每立方米約為1元。這就與普通的生活廢水等污水的處理形成了鮮明的對(duì)比，后者每立方米的處理成本為3～5元。所以，基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)優(yōu)化方案將大大減少重復(fù)性的人力、物力操作，節(jié)約了人力物力成本。

3.5 提高雨水使用便利性

基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)擴(kuò)大了處理后雨水的使用范圍。通過傳統(tǒng)的物理過濾方法及化學(xué)物質(zhì)的分步反應(yīng)，雨水中的一些有害物質(zhì)和雜質(zhì)以沉淀的形式被分離出去，使得處理后雨水的各項(xiàng)指標(biāo)在可用水質(zhì)的指標(biāo)范圍之內(nèi)。雨水使用具體可以分為室內(nèi)用水和戶外用水兩大類。室內(nèi)用水主要用于沖洗廁所、澆花及清潔用具；戶外用水主要用于室外綠化園地灌溉、洗車及夏季街道灑水降溫等。除此之外，將基于物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化之后的雨水收集系統(tǒng)運(yùn)用于城市雨水收集環(huán)節(jié)，結(jié)合其通用功能（凈化、滲透），促進(jìn)路面雨水通過地下管道排入沿途大型蓄水池或通過滲透作用補(bǔ)充地下水，以此來維持自然生態(tài)平衡的活水循環(huán)，為實(shí)現(xiàn)生態(tài)小區(qū)和生態(tài)城市奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文作者針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)裝置的一些不足，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的雨水收集系統(tǒng)解決方案，詳細(xì)分析了其優(yōu)化結(jié)果，可對(duì)今后雨水收集利用項(xiàng)目的開展提供借鑒，具有一定的積極意義。

參考文獻(xiàn)

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