本申請涉及物聯(lián)網領域，尤其涉及一種對水資源控制能力進行性能監(jiān)視的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

海綿城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在適應環(huán)境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的“彈性”。下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。當前，全國各地在城市建設、地區(qū)建設中都融入了海綿城市理念。然而，海綿城市建設主要停留在基礎設施建設中，缺乏有效的監(jiān)測和評估的技術手段，判斷海綿城市的性能是否達到建設標準。因此，科學有效的海綿城市性能監(jiān)視方法和系統(tǒng)是迫切需要的。

技術實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)岢鲆环N海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)和方法，解決實時進行海綿城市性能監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集、分析和評估問題。

本申請實施例提供一種海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)，包括至少一個流量監(jiān)測計、至少一個水質監(jiān)測計、至少一個雨量監(jiān)測計、數(shù)據(jù)采集單元、中央處理單元、存儲單元、顯示單元；所述流量監(jiān)測計，用于監(jiān)測瞬時流量；所述水質監(jiān)測計，用于監(jiān)測瞬時污染物濃度；所述雨量監(jiān)測計，用于監(jiān)測瞬時降雨量；所述數(shù)據(jù)采集單元，用于采集所述流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計的監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述存儲單元，用于存儲所述監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述中央處理單元，用于控制所述流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計的監(jiān)測周期，根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)計算徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷；所述顯示單元，用于顯示所述徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述流量監(jiān)測計安裝在地塊排水點；所述地塊排水點包含以下至少一種：雨水排放口、管網排放口。

優(yōu)選地，所述水質監(jiān)測計安裝在地塊排水點；所述地塊排水點包含以下至少一種：雨水排放口、管網排放口。

優(yōu)選地，所述雨量監(jiān)測計安裝在地塊中空曠區(qū)域。

作為本發(fā)明海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)進一步優(yōu)化的實施例，所述監(jiān)測周期，包含最小監(jiān)測周期和最大監(jiān)測周期；所述最小監(jiān)測周期為連續(xù)兩次監(jiān)測的間隔時間，不大于15分鐘；所述最大監(jiān)測周期為連續(xù)多次監(jiān)測所經歷的總時長，不少于一年。

進一步優(yōu)選地，所述中央處理單元，還用于根據(jù)所述徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷數(shù)據(jù)加權計算地塊評價值；所述顯示單元，還用于顯示所述地塊評價值。

優(yōu)選地，所述流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計分為多組；每一組流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計用于監(jiān)測一個地塊。進一步優(yōu)選地，所述顯示單元區(qū)分地塊顯示所述徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷數(shù)據(jù)。

本申請實施例還提供一種海綿城市性能監(jiān)視方法，用于本申請任意一項海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)實施例，包含以下步驟：

針對一個或多個地塊，監(jiān)測所述地塊的全部排水點的瞬時流量；同時監(jiān)測所述地塊的瞬時降雨量；

根據(jù)所述瞬時流量計算監(jiān)測周期排水徑流量；

根據(jù)所述瞬時降雨量計算監(jiān)測周期降雨量、再結合地塊匯水面積計算監(jiān)測周期雨水控制體積；

根據(jù)所述雨水控制體積、排水徑流量、地塊匯水面積計算監(jiān)測周期實際控制雨量；

將所述監(jiān)測周期實際控制雨量和監(jiān)測周期降雨量相比較，得到所述監(jiān)測周期的徑流總量控制率。

本申請實施例還提供一種海綿城市性能監(jiān)視方法，用于本申請任意一項海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)實施例，包含以下步驟

針對一個或多個地塊，同時監(jiān)測所述地塊的全部排水點的瞬時流量、瞬時污染物濃度；同時監(jiān)測所述地塊的瞬時降雨量；

根據(jù)所述瞬時流量計算監(jiān)測周期的排水徑流量；根據(jù)瞬時流量、瞬時污染物濃度計算監(jiān)測周期的降雨徑流污染物負荷；

根據(jù)所述監(jiān)測周期的排水徑流量、降雨徑流污染物負荷，計算污染物平均濃度。

本申請實施例采用的上述至少一個技術方案能夠達到以下有益效果：本發(fā)明的優(yōu)點在于實時監(jiān)測地塊水流量、污染物濃度、雨水量，對年徑流總量控制率和降雨徑流污染物負荷進行分析，直觀、方便地提供監(jiān)測和評估結果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)實施例；

圖2為本發(fā)明海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)用于地塊監(jiān)測實施例；

圖3為本發(fā)明海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)用于區(qū)分地塊檢測實施例；

圖4為本發(fā)明的海綿城市性能監(jiān)視方法實施例流程圖；

圖5為本發(fā)明海綿城市性能監(jiān)視方法的另一實施例流程圖。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本申請具體實施例及相應的附圖對本申請技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。

海綿城市的基礎評價指標為每個類別中具有很好的代表性、區(qū)別性強，而且可以定量監(jiān)測的因素組成基礎評價指標體系，具體包括：年徑流總量控制率(水生態(tài))、城市面源污染控制(水環(huán)境)等。本發(fā)明的特點是對上述指標進行定量監(jiān)測能夠對進行了海綿城市基礎設施建設的區(qū)域進行建設績效評價，指導海綿城市基礎設施建設，為海綿城市考核評價服務。

以下結合附圖，詳細說明本申請各實施例提供的技術方案。

圖1為本發(fā)明的海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)實施例。本申請實施例提供一種海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)，包括至少一個流量監(jiān)測計11、至少一個水質監(jiān)測計12、至少一個雨量監(jiān)測計13、數(shù)據(jù)采集單元21、中央處理單元22、存儲單元24、顯示單元23；所述流量監(jiān)測計，用于監(jiān)測瞬時流量；所述水質監(jiān)測計，用于監(jiān)測瞬時污染物濃度；所述雨量監(jiān)測計，用于監(jiān)測瞬時降雨量；所述數(shù)據(jù)采集單元，用于采集所述流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計的監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述存儲單元，用于存儲所述監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述中央處理單元，用于控制所述流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計的監(jiān)測周期，根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)計算徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷；所述顯示單元，用于顯示所述徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷數(shù)據(jù)。

所述至少一個流量監(jiān)測計11、至少一個水質監(jiān)測計12、至少一個雨量監(jiān)測計13，構成一傳感器網絡；所述數(shù)據(jù)采集單元21、中央處理單元22、存儲單元24、顯示單元23，構成系統(tǒng)主機2。

圖2為本發(fā)明海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)用于地塊監(jiān)測實施例。優(yōu)選地，所述流量監(jiān)測計安裝在地塊排水點；所述地塊排水點包含以下至少一種：雨水排放口、管網排放口。優(yōu)選地，所述水質監(jiān)測計安裝在地塊排水點；所述地塊排水點包含以下至少一種：雨水排放口、管網排放口。優(yōu)選地，所述雨量監(jiān)測計安裝在地塊中空曠區(qū)域。本實施例中，所述流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計均為多個，共同連接于系統(tǒng)主機2。本實施例的流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計分布在地塊邊界處的河流出入口A/C、管網排放口B；雨量監(jiān)測計安裝在地塊中空曠區(qū)域D。

作為本發(fā)明海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)進一步優(yōu)化的實施例，所述監(jiān)測周期，包含最小監(jiān)測周期和最大監(jiān)測周期；所述最小監(jiān)測周期為連續(xù)兩次監(jiān)測的間隔時間，不大于15分鐘；所述最大監(jiān)測周期為連續(xù)多次監(jiān)測所經歷的總時長，不少于一年。

例如，首先，選擇典型降雨場次，對試點區(qū)域的場次降雨徑流傳輸過程進行監(jiān)測；然后，結合實測的降雨數(shù)據(jù)，構建試點區(qū)域雨水系統(tǒng)模型，將流量、水深、積水時間、水質等監(jiān)測數(shù)據(jù)用于率定、驗證模型參數(shù)。將全年所有場次的降雨輸入模型，利用率定得出的模型參數(shù)，模擬得出試點區(qū)域的排水體積總量和控制雨水徑流量、單場降雨的水質濃度，據(jù)此計算年徑流總量控制率、年降雨徑流污染物負荷。

再例如，某城市某工業(yè)園區(qū)，區(qū)域面積兩平方公里。區(qū)域內建設了大量透水鋪裝地面、下凹式綠地、路邊生態(tài)溝(雨水花園)、雨洪濕地等設施，已經將徑流總量控制率85％的目標分解到各個地塊，提出了每個地塊的徑流總量控制目標和具體的指標，包括綠地下凹率、硬地面透水鋪裝率、單位面積凈調蓄容積等。園區(qū)內有一條河流，作為區(qū)域內排水出口斷面，區(qū)域北區(qū)、東南區(qū)各有一個排水出口斷面作為徑流排放總監(jiān)測斷面，布設流量計、水質監(jiān)測設備；選擇區(qū)域內的綠地公園開放區(qū)域放置遠傳雨量站，監(jiān)測本區(qū)域降雨量；分析排水管網圖，選擇區(qū)域入口為外部客水入流監(jiān)測斷面。為了評價園區(qū)內的海綿城市建設效果，結合水生態(tài)、水安全、水資源、水環(huán)境狀況和城市發(fā)展規(guī)劃，從年徑流總量控制率、排水防澇標準方面確定其海綿城市建設總體目標和具體量化考核指標。

圖3為本發(fā)明海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)用于區(qū)分地塊檢測實施例。優(yōu)選地，所述流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計分為多組；每一組流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計用于監(jiān)測一個地塊。例如，圖2中分布在第一地塊的流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計為第一組；分布在第二地塊的流量監(jiān)測計、水質監(jiān)測計、雨量監(jiān)測計為第二組，共同連接于系統(tǒng)主機2。進一步地，所述顯示單元區(qū)分地塊顯示所述徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷數(shù)據(jù)。進一步優(yōu)選地，所述中央處理單元，還用于根據(jù)所述徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷數(shù)據(jù)加權計算地塊評價值；所述顯示單元，還用于顯示所述地塊評價值。

在本實施例中，兩地塊的徑流總量控制率、降雨徑流污染物負荷、地塊評價值共同顯示于所述系統(tǒng)主機中的顯示單元，實現(xiàn)實時、直觀對比監(jiān)測。

例如，上述指標在經過監(jiān)測、計算、模擬或統(tǒng)計后，可得出各個評價地塊的徑流總量控制率，采用專題圖的形式在顯示單元中顯示出來。通過本發(fā)明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲單元，還可以查看指標的監(jiān)測值、預測值等。再例如，通過在地圖上對各個評價區(qū)域按照評價結果的不同顏色，形成評價結果專題圖，方便相關單位決策人員進行海綿城市建設效果評價。

圖4為本發(fā)明的海綿城市性能監(jiān)視方法實施例流程圖。本申請實施例還提供一種海綿城市性能監(jiān)視方法，用于本申請任意一項海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)實施例，包含以下步驟：

步驟101、針對一個或多個地塊，監(jiān)測所述地塊的全部排水點的瞬時流量；同時監(jiān)測所述地塊的瞬時降雨量；

步驟102、根據(jù)所述瞬時流量計算監(jiān)測周期排水徑流量；

步驟103、根據(jù)所述瞬時降雨量計算監(jiān)測周期降雨量、再結合地塊匯水面積計算監(jiān)測周期雨水控制體積；

步驟104、根據(jù)所述雨水控制體積、排水徑流量(體積)、地塊匯水面積計算監(jiān)測周期實際控制雨量；

步驟105、將所述監(jiān)測周期實際控制雨量和監(jiān)測周期降雨量相比較，得到所述監(jiān)測周期的徑流總量控制率。

例如，以日為監(jiān)測周期，首先，基于設計降雨量，選擇有代表性的日降雨(要求“降雨量≥設計降雨量”)，使用流量監(jiān)測計監(jiān)測當日的排水徑流量，計算雨水控制體積和實際控制雨量，其計算公式為：

式中，H_控——該日實際控制雨量；

H_降——該日降雨量，為所述瞬時降雨量在該日的累積量

A_匯——地塊匯水面積

W_排——該日排水徑流量

徑流總量控制率是實際控制雨量占降雨量的比例，即H_控/H_降×100％；年徑流總量控制率是全年得到控制的雨量占全年總降雨量的比例，年徑流總量控制率＝全年累計實際控制雨量/全年累計降雨量)×100％。

優(yōu)選地，本實施例還包含評價的步驟：

步驟106、如果全年內各監(jiān)測周期內徑流總量控制率均大于設計的指標，則年徑流總量控制率達標。

步驟107、將一個或多個地塊的徑流總量控制率、地塊評價值顯示于所述系統(tǒng)主機中的顯示單元。

圖5為本發(fā)明海綿城市性能監(jiān)視方法的另一實施例流程圖。本申請實施例還提供一種海綿城市性能監(jiān)視方法，用于本申請任意一項海綿城市性能監(jiān)視系統(tǒng)實施例，包含以下步驟：

針對一個或多個地塊，

步驟201、同時監(jiān)測所述地塊的全部排水點的瞬時流量、瞬時污染物濃度；同時監(jiān)測所述地塊的瞬時降雨量；

步驟202、根據(jù)所述瞬時流量計算監(jiān)測周期的排水徑流量；

步驟203、根據(jù)瞬時流量、瞬時污染物濃度計算監(jiān)測周期的降雨徑流污染物負荷；

步驟204、根據(jù)所述監(jiān)測周期的排水徑流量、降雨徑流污染物負荷，計算污染物平均濃度。

例如，以單次降雨時間為監(jiān)測周期，通過水質監(jiān)測計和流量監(jiān)測計監(jiān)測某一地塊的污染物濃度、流量。計算該地塊降雨徑流污染物負荷。根據(jù)降雨徑流水質和水量監(jiān)測數(shù)據(jù)，單場次降雨徑流的污染物平均濃度EMC可按公式2計算；

式中

T——監(jiān)測周期，即降雨歷時

Q(t)——監(jiān)測的瞬時流量

C(t)——隨降雨歷時監(jiān)測的瞬時污染物濃度

公式2的分子為一次降雨的降雨徑流污染物負荷；分母為一次降雨的排水徑流量。

再例如，以一年為監(jiān)測周期，則年降雨徑流的污染物平均濃度可按公式3計算；

式中

Qi(t)——第i次降雨監(jiān)測的瞬時流量；

Ci(t)——第i次降雨隨降雨歷時監(jiān)測的瞬時污染物濃度。

公式3的分子為全年的降雨徑流污染物負荷；分母為全年的排水徑流量。

地塊的年降雨徑流污染物負荷M可按下式計算：

式中

φ——年綜合雨量徑流系數(shù)，徑流系數(shù)是排水徑流量與雨水控制體積之比；年綜合雨量徑流系數(shù)是全年的排水徑流量與全年雨水控制體積之比。

A——地塊面積；

H_年——地塊年均降雨量。公式4中，A×H_年即為全年雨水控制體積。

步驟205、將一個或多個地塊的降雨徑流污染物負荷、污染物平均濃度、地塊評價值顯示于所述系統(tǒng)主機中的顯示單元，實現(xiàn)實時、直觀對比監(jiān)測。

還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領域技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的權利要求范圍之內。