雨洪管理設(shè)施的監(jiān)測(cè)與智慧景觀設(shè)計(jì)結(jié)合的跨學(xué)科實(shí)證

周懷宇, 劉滋菁，劉海龍，姜會(huì)全，張益章

(1.清華大學(xué)建筑學(xué)院，北京 100084； 2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084； 3.清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100084)

城市雨洪管理的發(fā)展以及我國海綿城市建設(shè)的深入離不開水利、環(huán)境、景觀的跨學(xué)科合作。雨洪管理設(shè)施的監(jiān)測(cè)是水文學(xué)科主導(dǎo)和推動(dòng)的，以建設(shè)績效評(píng)估、模型模擬驗(yàn)證、水文過程還原為主要目標(biāo)的新興研究領(lǐng)域[1]。該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的最主要問題是：雨洪管理設(shè)施的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工嚴(yán)重滯后于設(shè)施的建設(shè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)施本身設(shè)計(jì)脫節(jié)。雨水花園、雨水濕地等設(shè)施一旦建成，監(jiān)測(cè)設(shè)備較難補(bǔ)裝，導(dǎo)致雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)難以開展。城市雨洪管理設(shè)施已與城市景觀高度融合，如果前期景觀設(shè)計(jì)不考慮監(jiān)測(cè)，后期進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估將限制重重，因此亟須探討一條水文與景觀跨學(xué)科搭建監(jiān)測(cè)平臺(tái)的合作途徑，解決當(dāng)前海綿城市難管理、難評(píng)估、缺數(shù)據(jù)、缺依據(jù)的困境。

我國海綿城市建設(shè)的前期強(qiáng)調(diào)雨洪管理工程與景觀空間設(shè)計(jì)的結(jié)合，兼顧功能與美觀。而在新時(shí)期，傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)模擬分析技術(shù)已為獲取城市水文數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)與評(píng)估創(chuàng)造了新條件。因此，以跨學(xué)科視角探討城市雨洪管理設(shè)施的監(jiān)測(cè)與智慧景觀設(shè)計(jì)的結(jié)合，有利于解決雨洪管理設(shè)施建設(shè)與監(jiān)測(cè)脫節(jié)的問題，保障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性，提高海綿城市決策與管理的科學(xué)性[2]。

1 水文學(xué)科視角下的雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)

1.1 水文學(xué)科中城市雨洪管理監(jiān)測(cè)的實(shí)踐與研究進(jìn)展

傳統(tǒng)雨洪管理設(shè)施的離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可應(yīng)用于：①支撐海綿城市建設(shè)的績效評(píng)估，指導(dǎo)海綿城市更新[3]；②識(shí)別與判斷不同種類基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)際效用，指導(dǎo)海綿城市建設(shè)運(yùn)行維護(hù)管理[4]；③還原城市水文過程，探究城市水環(huán)境問題產(chǎn)生原因，從而解決水體黑臭、熱島效應(yīng)等城市環(huán)境問題；④指導(dǎo)城市水文模型的率定與驗(yàn)證[5]。Hunt等[6-7]利用離線監(jiān)測(cè)方法，從水質(zhì)及水量方面對(duì)雨水花園進(jìn)行績效評(píng)估；唐雙成等[8]利用離線監(jiān)測(cè)方法，基于填料及降雨特征研究雨水花園對(duì)徑流的削減作用；郭超等[9]利用離線監(jiān)測(cè)方法研究雨水花園運(yùn)行壽命。傳統(tǒng)離線監(jiān)測(cè)主要用于實(shí)驗(yàn)室或戶外小范圍雨洪管理設(shè)施的監(jiān)測(cè)。

雨洪管理設(shè)施的在線監(jiān)測(cè)則拓寬了離線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用尺度與價(jià)值：①在線監(jiān)測(cè)為城市較大范圍水文過程的在線模擬創(chuàng)造條件，運(yùn)用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可將離線的既成狀態(tài)模型轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€的實(shí)時(shí)模擬模型，便于探究城市水文效應(yīng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)；②結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)模型，建立雨洪災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)，對(duì)城市雨洪災(zāi)害進(jìn)行有效管控；③頻次高、過程連續(xù)、監(jiān)測(cè)時(shí)間長的高精度在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為在線模型的實(shí)時(shí)率定算法優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支撐，為實(shí)現(xiàn)大尺度的水文過程在線模擬及實(shí)時(shí)率定驗(yàn)證創(chuàng)造了條件。

目前，在水文研究領(lǐng)域搭建智慧水務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從離線模擬分析、監(jiān)測(cè)率定進(jìn)階到在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)模擬預(yù)警已是大勢(shì)所趨，世界各地的學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)正努力嘗試構(gòu)建水文在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)。韓國學(xué)者搭建在線連續(xù)水文監(jiān)測(cè)平臺(tái)監(jiān)測(cè)城市水文過程[10]，美國研究機(jī)構(gòu)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與傳感技術(shù)搭建在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)平臺(tái)[11]，希臘學(xué)者應(yīng)用傳感器構(gòu)建土壤水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[12]，意大利學(xué)者搭建在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)平臺(tái)管控供水管網(wǎng)中的水質(zhì)情況[13]。國內(nèi)學(xué)者在搭建水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)平臺(tái)方面也做出諸多努力，郭效琛等[14]研究城市管網(wǎng)水量在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布局優(yōu)化，廣州、青島、西安等多地政府及相關(guān)領(lǐng)域公司也致力于搭建城市水情的在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)[15-17]。

1.2 水文學(xué)科中城市雨洪管理監(jiān)測(cè)的技術(shù)框架

雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)應(yīng)覆蓋城市雨洪過程的全部階段，建立“源頭-過程-末端”的監(jiān)測(cè)體系[16]。監(jiān)測(cè)的主體按照設(shè)施類型可劃分城市典型下墊面、地下管網(wǎng)與供水設(shè)施和城市河湖濕地水系等受納水體；按照設(shè)施尺度可劃分為單項(xiàng)設(shè)施監(jiān)測(cè)(小于0.5 hm2)、建設(shè)項(xiàng)目設(shè)施總體監(jiān)測(cè)(10 hm2以內(nèi))及城市片區(qū)雨洪管理設(shè)施系統(tǒng)監(jiān)測(cè)(10 hm2以上)。城市雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建流程主要包括需求分析與資料收集，確定監(jiān)測(cè)尺度，制定并實(shí)施監(jiān)測(cè)方案，布局終端設(shè)備以及構(gòu)建信息化、模型或?qū)嶒?yàn)平臺(tái)等過程(圖1)。在現(xiàn)有成熟的物聯(lián)網(wǎng)體系下，監(jiān)測(cè)的終端設(shè)備由多種水文傳感器組成，水文傳感器是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)[18]，主要布置于道路、管網(wǎng)、水體、土壤、監(jiān)測(cè)井等空間節(jié)點(diǎn)。目前雨洪管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的傳感器可分為三大類：各項(xiàng)氣象數(shù)據(jù)傳感器(雨量傳感器、大氣溫濕度、PM2.5等)，水量傳感器(水位、流量、流速、土壤下滲量等)及水質(zhì)傳感器(SS、PH、溶解氧探頭等)。在監(jiān)測(cè)終端設(shè)備方面，國內(nèi)部分學(xué)者的研究成果已完成了產(chǎn)品轉(zhuǎn)化過程[19]，相對(duì)成熟的產(chǎn)品如無線液位及流速探頭、水質(zhì)傳感探頭、自動(dòng)取樣器等主要用于地下設(shè)施或終端設(shè)施的監(jiān)測(cè)。相比之下，源頭設(shè)施監(jiān)測(cè)設(shè)備組合較為復(fù)雜，需要根據(jù)場地進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。

2 智慧景觀視角下的雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)

智慧景觀強(qiáng)調(diào)在城市景觀項(xiàng)目中根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，構(gòu)建感知、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、平臺(tái)及應(yīng)用五大結(jié)構(gòu)層次，建立景觀信息模型[20]，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的智慧化管理，其核心目標(biāo)在于優(yōu)化景觀項(xiàng)目管理模式，推動(dòng)循證設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)評(píng)估(圖2)。

智慧景觀主要針對(duì)景觀項(xiàng)目：小到街頭綠地、口袋公園設(shè)計(jì)與使用的智慧化，大到風(fēng)景區(qū)規(guī)劃與管理的智慧化。智慧景觀涉及氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)、使用管理、植物管理、雨洪管理、生態(tài)修復(fù)等多個(gè)方面，內(nèi)容頗為綜合。由于城市雨洪管理(尤其是源頭階段)與景觀項(xiàng)目的高度融合，因此在智慧景觀體系中，雨洪管理設(shè)施的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有突出的重要性。景觀項(xiàng)目中，雨洪管理的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可用于指導(dǎo)景觀項(xiàng)目綠色雨水設(shè)施的維護(hù)與管理，評(píng)估場地豎向組織、設(shè)施容量設(shè)計(jì)的合理性，提供項(xiàng)目水安全預(yù)警，兼顧實(shí)現(xiàn)景觀水文教育功能(表1)，使得景觀項(xiàng)目能夠“智慧”應(yīng)對(duì)城市暴雨及內(nèi)澇問題。

智慧景觀中的在線監(jiān)測(cè)研究雖尚處于起步階段，但相關(guān)離線監(jiān)測(cè)研究案例已為在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)構(gòu)建提供了重要借鑒。美國風(fēng)景園林師協(xié)會(huì)(American Society of Landscape Architects, ASLA)總部大樓屋頂花園設(shè)計(jì)項(xiàng)目中[21]，學(xué)者利用流量傳感器及自動(dòng)取樣器共收集了65場降雨事件的數(shù)據(jù)，研究綠色屋頂對(duì)徑流流量與污染物的削減作用。賓夕法尼亞大學(xué)Shoemaker Green綠地項(xiàng)目[22](獲2016年美國風(fēng)景園林師協(xié)會(huì)研究類榮譽(yù)獎(jiǎng))，以校園綠地為研究對(duì)象，從雨水、地表水、灌溉用水、土壤、植物方面獲取雨洪管理的績效評(píng)估數(shù)據(jù)。與國內(nèi)西安高校的類似實(shí)踐[23-24]不同，這兩個(gè)案例以經(jīng)典景觀項(xiàng)目為研究對(duì)象，雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)在項(xiàng)目初期便納入考量，監(jiān)測(cè)范圍覆蓋項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與景觀系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生。

圖1 水文學(xué)科中城市雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)的技術(shù)體系

圖2 智慧景觀中城市雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)的技術(shù)體系

表1 智慧景觀雨洪管理設(shè)施在線監(jiān)測(cè)體系

3 跨學(xué)科合作途徑探討

綜合國內(nèi)外研究，在城市雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)方面，水文學(xué)科率先開展在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，形成了較為成熟的技術(shù)體系；景觀學(xué)科則擅長于雨洪管理設(shè)施的空間設(shè)計(jì)與施工，保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在項(xiàng)目建設(shè)前搭建；且兩個(gè)學(xué)科雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)及技術(shù)框架具有高度的一致性。因此，水文學(xué)科與景觀學(xué)科的跨學(xué)科合作是實(shí)現(xiàn)雨洪管理設(shè)施設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估與管理的一體化、解決設(shè)施建設(shè)與監(jiān)測(cè)脫節(jié)問題的重要途徑。以城市景觀項(xiàng)目為研究對(duì)象，以水文學(xué)科相對(duì)成熟的監(jiān)測(cè)技術(shù)思路與體系為基礎(chǔ)，由景觀學(xué)科綜合統(tǒng)籌景觀設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的施工落地，同時(shí)實(shí)現(xiàn)景觀項(xiàng)目雨洪管理的智慧化，是一條雙贏的合作路線[25]。

具體闡述這一合作途徑(圖3)包括以下幾個(gè)主要部分：①選擇具有條件開展合作的典型城市景觀項(xiàng)目，在景觀方案設(shè)計(jì)階段將雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)進(jìn)行一體化考慮；②水文學(xué)科負(fù)責(zé)制定初步的監(jiān)測(cè)方案，提供技術(shù)與產(chǎn)品樣例；③景觀學(xué)科梳理雨洪管理體系，匹配空間設(shè)計(jì)方案與監(jiān)測(cè)方案；④景觀學(xué)科根據(jù)場地條件深化設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)裝置，保證其可建性與美觀性；⑤景觀學(xué)科負(fù)責(zé)景觀方案及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的施工，水文學(xué)科或信息、機(jī)械學(xué)科指導(dǎo)監(jiān)測(cè)設(shè)備的調(diào)試；⑥水文學(xué)科搭建共享的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，多學(xué)科研究者可從不同視角、依據(jù)共享數(shù)據(jù)展開專題研究。

圖3 城市雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)中水文學(xué)科與景觀學(xué)科的合作途徑

在這一合作過程中，景觀學(xué)科體現(xiàn)出了以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①景觀設(shè)計(jì)師對(duì)于場地使用功能需求、豎向設(shè)計(jì)、排水組織、道路結(jié)構(gòu)了解更充分，能夠更好地平衡場地正常使用功能需求與監(jiān)測(cè)需求；②水文過程的精細(xì)化監(jiān)測(cè)與模擬離不開精細(xì)化的場地模型的建模，而景觀學(xué)科在利用無人機(jī)遙感、Rhino建模、ArcGIS分析等方面有著獨(dú)特的學(xué)科優(yōu)勢(shì)；③景觀設(shè)計(jì)師對(duì)于綠色基礎(chǔ)設(shè)施的材料、結(jié)構(gòu)、植物的形式與習(xí)性理解更充分，實(shí)現(xiàn)綠色基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)的精細(xì)化；④景觀設(shè)計(jì)師能夠準(zhǔn)確地把握設(shè)施布局的合理性、使用的安全性、施工的準(zhǔn)確性以及美觀與協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)籌、實(shí)施過程與景觀施工同步進(jìn)行。

4 實(shí)踐研究：清華大學(xué)勝因院雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

清華大學(xué)勝因院始建于1946年，曾是近現(xiàn)代教師住宅群，并于2011—2013年進(jìn)行景觀改造與雨洪管理設(shè)計(jì)，現(xiàn)為科研單位辦公場所。勝因院作為我國較早實(shí)踐雨洪管理景觀設(shè)計(jì)[26]及設(shè)計(jì)后評(píng)價(jià)(POE)[27]的項(xiàng)目，其后續(xù)提升與績效評(píng)估得到了設(shè)計(jì)方、施工方、業(yè)主及校方的著重關(guān)注。近年來由于相關(guān)維護(hù)的缺乏及業(yè)主需求的提升，對(duì)勝因院實(shí)行進(jìn)一步的景觀改造及智慧化提升勢(shì)在必行。在清華大學(xué)建設(shè)“雙一流”及智慧校園的大背景下，依托清華大學(xué)勝因院景觀改造與提升工程，實(shí)踐雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)與智慧景觀設(shè)計(jì)的結(jié)合。

4.1 勝因院雨洪管理監(jiān)測(cè)技術(shù)路線

勝因院雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究團(tuán)隊(duì)來自景觀、環(huán)境工程及機(jī)械工程專業(yè)。在跨學(xué)科合作中，景觀專業(yè)統(tǒng)領(lǐng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工，環(huán)境專業(yè)負(fù)責(zé)完善監(jiān)測(cè)方案、優(yōu)化技術(shù)細(xì)節(jié)，機(jī)械專業(yè)提供相關(guān)設(shè)備連接、通訊、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)支持。參照智慧景觀的系統(tǒng)框架，最終在勝因院搭建的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為感知、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、平臺(tái)及應(yīng)用5個(gè)層次，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包含項(xiàng)目整體監(jiān)測(cè)與基礎(chǔ)設(shè)施精細(xì)化監(jiān)測(cè)兩個(gè)尺度。項(xiàng)目整體監(jiān)測(cè)反應(yīng)項(xiàng)目整體在降雨事件中的產(chǎn)流情況，包括了相對(duì)基礎(chǔ)的氣象環(huán)境、降雨入流、出流與管網(wǎng)監(jiān)測(cè)；基礎(chǔ)設(shè)施精細(xì)化監(jiān)測(cè)用于指導(dǎo)雨水花園等綠色基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)、管理及相關(guān)科學(xué)研究，監(jiān)測(cè)指標(biāo)更為細(xì)致(圖4)。與以往監(jiān)測(cè)不同的是，由于勝因院植被覆蓋度高，樹冠截留對(duì)場地雨洪過程影響較大，因此系統(tǒng)中納入了對(duì)4種主要喬木類型(柳、國槐、家楊、泡桐)樹冠截留的監(jiān)測(cè)，可結(jié)合正投影圖確定樹冠截留的面積，作為新的降雨影響因子，納入雨洪管理過程模擬中。

圖4 勝因院雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)技術(shù)路線

4.2 勝因院雨洪管理設(shè)施整體監(jiān)測(cè)

整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍約6 500 m2，選擇了勝因院相對(duì)封閉的流域(有抬高的人行道及矮墻阻隔客水進(jìn)入)，僅開放東側(cè)一個(gè)客水入流口(積水超過10 cm是客水進(jìn)入)。原設(shè)計(jì)方案資料中場地的豎向高程及匯水分區(qū)較為概化，為指導(dǎo)監(jiān)測(cè)設(shè)備的布局及后續(xù)水文模型的建立，通過無人機(jī)實(shí)地測(cè)繪建立了全新的0.5 m×0.5 m的精細(xì)化數(shù)字高程模型(圖5)。

圖5 勝因院無人機(jī)測(cè)繪正投影與3D模型

依據(jù)精細(xì)化的高程模型進(jìn)行場地產(chǎn)匯流分析，確定主要的積水點(diǎn)2處，雨水花園監(jiān)測(cè)點(diǎn)4處，綠地監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處；根據(jù)喬木分布及施工接線的便捷性考量，確定樹冠截留監(jiān)測(cè)點(diǎn)4處；氣象站布局考慮不受建筑物及喬木干擾，布局在勝因院東側(cè)廣場；監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)無地下管網(wǎng)，主要出水口為地下水窖，因此管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)選在與水窖相連的雨水井中。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的整體布局、落點(diǎn)及裝置設(shè)計(jì)見圖6。

展示平臺(tái)方面，研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已搭建了交互式網(wǎng)頁平臺(tái)(www.xysmartla.com:8050)，展示勝了因院雨洪管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2018年9月7日運(yùn)行啟動(dòng)到12月15日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，共記錄了兩次較為典型的降雨事件(9月11日，9月28日)。網(wǎng)頁利用響應(yīng)鼠標(biāo)懸停事件功能(Hover)實(shí)現(xiàn)溫濕度、空氣顆粒物、降雨量及樹冠截留等環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分級(jí)展示。

4.3 雨水花園精細(xì)化監(jiān)測(cè)

雨水花園精細(xì)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)典型的降雨事件中雨水花園積水深度，表層土壤(30 cm處)土壤濕度的變化，實(shí)際下滲曲線(通過礫石層下滲的)及溢流流量。精細(xì)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擬通過2～3年的精細(xì)化監(jiān)測(cè)解決以下兩個(gè)主要的科學(xué)問題：①不同降雨事件中，戶外雨水花園的有效入滲面積，據(jù)此改進(jìn)雨水花園設(shè)計(jì)方式，節(jié)約綠化用地；②戶外雨水花園性能衰減周期研究，彌補(bǔ)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或簡化條件下研究的不足。

圖6 勝因院雨洪管理設(shè)施監(jiān)測(cè)整體布局

感知層系統(tǒng)搭建中，跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)根據(jù)有限的場地條件、監(jiān)測(cè)原理設(shè)計(jì)了特定的監(jiān)測(cè)裝置。其中，設(shè)計(jì)師對(duì)硬件設(shè)備的量程、盲區(qū)、原理有著明確的認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格控制了監(jiān)測(cè)的誤差：系統(tǒng)中選用的超聲波液位計(jì)有前后25 cm的盲區(qū)，因此液位計(jì)監(jiān)測(cè)井寬度不得少于50 cm；下滲量監(jiān)測(cè)會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)井內(nèi)積水，考慮利用水泵定時(shí)自動(dòng)排空；巴歇爾槽要求入流平穩(wěn)，出流順暢，防止倒灌；設(shè)計(jì)中，導(dǎo)流槽稍低于巴歇爾槽入口，使得水流在進(jìn)入槽前形成穩(wěn)定的液面；出流槽長于50 cm，并滿足較大的排水坡度(30%左右)。

傳輸與網(wǎng)絡(luò)層搭建中，跨學(xué)科合作擴(kuò)寬了景觀設(shè)計(jì)師及環(huán)境工程師的知識(shí)邊界，從實(shí)操層面掌握物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)細(xì)節(jié)：出于安全與便捷考慮，勝因院雨洪管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中包含的溫濕度、紅外線雨量、流量、液位、土壤濕度等傳感器均采用RS485傳輸協(xié)議，利用太陽能(12V)供電，考慮場地冬季光照不足適當(dāng)擴(kuò)大了太陽能電池板的面積。傳感器均提前測(cè)試并進(jìn)行地址重編，待現(xiàn)場施工時(shí)將信號(hào)采集線并聯(lián)接入數(shù)據(jù)傳輸單元(DTU)。同時(shí)，研究者在PC端對(duì)DTU進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使其完成步長為1 min的信號(hào)主動(dòng)采集，并通過GPRS無線傳輸上傳到自建服務(wù)器(搭建在阿里云平臺(tái)上)。傳感器接線端、太陽能控制器與DTU共同放置在場地的采集箱中。網(wǎng)絡(luò)連通后，研究者需要編程將16進(jìn)制的信號(hào)解碼并轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫中(SQL)。

系統(tǒng)建設(shè)于2018年9月率先完成了4處雨水花園精細(xì)化監(jiān)測(cè)的施工與設(shè)備調(diào)試，以2018年9月11日的一場降雨事件為例，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完整記錄了整個(gè)降雨過程中1號(hào)雨水花園積水深度變化、溢流量及土壤層濕度(30 cm處)的變化過程、下滲量(透過礫石層)及平均下滲速率(圖7)。該降雨事件中，雨水花園內(nèi)未形成積水和溢流，土壤濕度變化反映了主要的來水方向?yàn)楸眰?cè)；雨水花園的有效下滲面積為32%，單位面積的平均下滲量為降雨量的2.8倍，可反映雨水花園消納客水的績效。

圖7 雨水花園精細(xì)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)案例

5 結(jié) 語

本文從解決城市雨洪管理設(shè)施重建設(shè)輕監(jiān)測(cè)所帶來的評(píng)估管理困難及數(shù)據(jù)缺乏問題出發(fā)，從跨學(xué)科的視角，提出了“以城市景觀項(xiàng)目為研究對(duì)象，以水文學(xué)科成熟的監(jiān)測(cè)技術(shù)思路與體系為基礎(chǔ)，由景觀學(xué)科綜合統(tǒng)籌景觀設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的施工落地，實(shí)現(xiàn)景觀項(xiàng)目雨洪管理設(shè)施設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估及管理一體化”這一合作途徑，該途徑具有以下優(yōu)越性：①打破專業(yè)局限，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，在項(xiàng)目初期合作構(gòu)建監(jiān)測(cè)平臺(tái)是解決雨洪管理設(shè)施建設(shè)與監(jiān)測(cè)脫節(jié)問題的關(guān)鍵；②一體化設(shè)計(jì)不僅能夠發(fā)揮水文學(xué)科的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及景觀學(xué)科的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，還能節(jié)約建設(shè)成本，減小監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)城市景觀的影響；③共享數(shù)據(jù)庫能支持進(jìn)一步的跨學(xué)科研究，實(shí)現(xiàn)合作的良性循環(huán)。