CN112904455A - 应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明尤其涉及一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法，包括以下步骤：S1：社区气象总站通过翻斗雨量计实时监测降雨强度，采样时间记为ΔT，采集的降雨总量记为V，降雨强度记为P，则根据源头强降雨识别与预警算法，P＝V/ΔT；S2：社区气象总站比较降雨强度P与设定的预警阈值K，当P>K时，则判断为短时发生一次强降雨，否则为短时无强降雨；S3：屋面雨水智能调蓄装置通过控制屋面排水口的雨水排放量调控屋面的蓄水量，当屋面雨水智能调蓄装置接收到强降雨信号时，屋面雨水智能调蓄装置关闭屋面排水口；当屋面雨水智能调蓄装置接收到短时无强降雨信号时，屋面雨水智能调蓄装置打开屋面排水口。

Description

应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法及设备

技术领域

本发明属于城市内涝防治和海绵城市建设技术领域，尤其涉及一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法及设备。

背景技术

目前在海绵城市建设过程中，治理城市内涝主要采用低影响开发技术措施和修建深层调蓄隧道，根据已有的研究文献和工程应用效果，采用常规低影响开发技术措施无法解决短时强降雨导致的城市内涝问题。由于全球气候变暖、城市下垫面硬化、城市热岛效应导致短时强降雨极端灾害天气发生频率有所增加，例如深圳市2019年4月11日发生短时强降雨事件，十分钟降雨量达到39.2mm，短时强降雨造成河道维护作业11名工人瞬时被雨水形成的水流冲走；广州市2020年5月22号发生短时强降雨事件，部分雨量监测点站点3小时降雨量378.6mm，降雨强度破百年纪录，超过80个站点超80mm/h强度，超过市政排水管线排水能力，广州黄埔国家站、东莞莞城、东莞南城等地出现1小时100mm的猛烈暴雨，强降雨造成城市局部地区发生严重积水内涝，造成了巨大的财产损失和一定的人身伤亡。根据国家海绵城市建设技术规范，常规的低影响开发技术措施主要针对中小雨而言，起到减少初雨污染和补充地下水改善生态的作用，对于强降雨形成的城市内涝作用极为有限。另外由于后期维护工作量大，城市建成区空间有限等制约因素影响，低影响开发技术措施很难大面积推广应用，城市内涝治理工作仍旧任重道远。

修建雨水深层调蓄隧道，建立大排水系统，提高排水设计标准，在一定程度上有助于缓解城市内涝，这些技术措施主要弊端在于：已建城区排水系统已经建成，翻修改造资金投入巨大，同时对于正常社会生产生活交通造成不利影响，特别是在软土地基的沿海城市修建雨水深层调蓄隧道，将带来不可预测的地面沉降等不利影响。

由于短时强降雨具有时空域的高度不确定性，强降雨发生的持续时间、地点、强度测报准确率低，根据现有的气象预测水平，对于小尺度范围内的强降雨定点定时定量的测报水平准确率只有20％。由于对于短时强降雨的测报准确率低，为缓解强降雨导致城市内涝危害早期的预警预报尤为重要。

发明内容

为解决现有技术存在的短时强降雨造成的城市内涝的问题，本发明提供一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法及设备。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法，包括如下步骤：

S1：社区气象总站通过翻斗雨量计实时监测降雨强度，采样时间记为ΔT，采集到的降雨总量记为V，降雨强度记为P，则根据源头强降雨识别与预警算法，P＝V/ΔT；

S2：社区气象总站根据源头强降雨识别与预警算法进行识别，比较降雨强度P与设定的预警阈值K，当P>K时，则判断为短时发生一次强降雨，否则为短时无强降雨；

S3：屋面雨水智能调蓄装置通过控制屋面排水口的雨水排放量调控屋面的蓄水量，当屋面雨水智能调蓄装置接收到短时发生一次强降雨的信号时，屋面雨水智能调蓄装置关闭屋面排水口；当屋面雨水智能调蓄装置接收到短时无强降雨的信号时，屋面雨水智能调蓄装置打开屋面排水口。

作为优选，该预警和管控方法还包括，步骤S4：至少连续三次P>K，则判断为发生短时强降雨事件，并采用GPRS无线通讯实时发送到政府的应急管理信息中心进行预警。政府对于强降雨的应急处理一般由应急管理部门管理，短时强降雨事件一旦被识别，短时强降雨事件的信息发送到该主管部门的应急管理信息中心，通过该应急管理部门授权向公众进行预警，如果设备安装地点对于强降雨是由另外部门管理，则信息发送到相应主管部门的应急管理信息中心，实现短时强降雨事件实时有效的被公众知道。

进一步地，步骤S3中，当屋面雨水智能调蓄装置接收到短时发生一次强降雨的信号时，屋面雨水智能调蓄装置关闭屋面排水口，当屋面的蓄水量大于屋面的蓄水量上限时，雨水从屋面雨水智能调蓄装置处溢流至屋面排水口排出。当短时发生一次强降雨时，屋面可以储蓄一定的雨水，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)，上人屋顶至少可以蓄水深度20cm，多余的雨水从屋面雨水智能调蓄装置处溢流至屋面排水口排出，有效保护屋面不渗水漏水。

进一步地，ΔT的范围为3min～5min。ΔT的取值范围可根据当地的实际情况设定，便于有效监测是否短时发生一次强降雨。

一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备，包括社区气象总站、屋面雨水智能调蓄装置和政府的应急管理信息中心，所述社区气象总站通过翻斗雨量计实时监测降雨强度，所述社区气象总站与政府的应急管理信息中心信号连接；所述屋面雨水智能调蓄装置包括主控电路模块和屋面排水口管控模块，所述屋面排水口管控模块包括围堰式挡板和驱动机构，所述围堰式挡板绕屋面排水口的竖直周向围合，所述围堰式挡板上开设有闸口，所述闸口上沿竖直方向滑动设置有闸板，所述驱动机构驱动闸板向下滑动用于关闭闸口；当屋面积水深度超过围堰式挡板的高度时，雨水溢流过围堰式挡板的顶部再由屋面排水口排出；所述社区气象总站通过短距离无线通讯与主电路模块信号连接，所述驱动机构与主控电路模块电连接。

作为优选，所述驱动机构包括丝杆导轨、滑块、电机和电机驱动器，所述滑块沿丝杠导轨在竖直方向上下滑动，所述电机与丝杠导轨传动连接，所述电机和电机驱动器依次与主电路模块电连接。驱动机构简单可靠，便于维护，成本较低。

作为优选，所述围堰式挡板上开设有与闸板的两侧沿竖直方向滑动配合的滑槽。提高闸板沿竖直方向上下滑动的可靠性和稳定性。

作为优选，所述屋面设置有屋面水深传感器，所述屋面水深传感器与主电路模块电连接。实时有效地监测屋面的蓄水量，有效防止屋面雨水排放异常导致屋面蓄水量超出屋面的蓄水量上限。

进一步地，所述屋面雨水智能调蓄装置还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板用于给该屋面雨水智能调蓄装置提供电源。大大节省能源，符合现代新能源的应用方向。

进一步地，各个建筑群均设置有建筑群子站，所述建筑群子站设置有所述屋面雨水智能调蓄装置。便于有效管控各个建筑群在短时发生一次强降雨时的屋面蓄水量。

有益效果：

(1)本发明对于发生短时强降雨及时识别与预警；在源头以社区为单元对短时强降雨进行识别，发送预警信息到政府的应急管理信息中心，有效克服了小尺度范围内气象预报精度不够的缺陷；

(2)本发明通过社区建筑群在极端强降雨气象条件下的联防联控，有效降低对于市政雨水管网峰值排放负荷的冲击，极大提高城市防汛安全水平，缓解极端强降雨条件下城市发生内涝积水；

(3)本发明避免对现有城市低设计标准的排水管网大规模改造，减少因市政排水管网改造对生产生活的影响，节省建设资金投入；

(4)本发明有效利用建筑屋面面积，在结构强度安全的前提下最大程度实现对强降雨的调蓄和缓冲排放，特别是在建筑密集的已建城区，有效克服了现有低影响开发技术措施占地面积大、维护不方便、调蓄缓冲效果控制性差的缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备的结构原理示意图；

图2是本发明应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备的屋面雨水智能调蓄装置的结构原理示意图；

图3是本发明应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备的围堰式挡板的结构原理示意图；

图4是本发明应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备的驱动机构的结构原理示意图；

图中：1、社区气象总站，2、屋面雨水智能调蓄装置，21、主控电路模块，22、屋面排水口管控模块，221、围堰式挡板，2211、滑槽，222、驱动机构，2221、丝杆导轨，2222、滑块，2223、电机，2224、电机驱动器，223、闸板，23、屋面水深传感器，24、太阳能电池板，3、屋面排水口，4、应急管理信息中心，5、建筑群子站。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～4所示，一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备，包括社区气象总站1、屋面雨水智能调蓄装置2、政府的应急管理信息中心4和太阳能电池板24，所述社区气象总站1通过翻斗雨量计实时监测降雨强度，本实施例的翻斗雨量计选用型号为JXBS-3001-YL的双翻斗雨量计，其测量分辨率为0.2mm，所述社区气象总站1与政府的应急管理信息中心4信号连接；所述屋面雨水智能调蓄装置2包括主控电路模块21和屋面排水口管控模块22，所述屋面排水口管控模块22包括围堰式挡板221和驱动机构222，所述围堰式挡板221绕屋面排水口3的竖直周向围合，所述围堰式挡板221上开设有闸口，所述闸口上沿竖直方向滑动设置有闸板223，所述驱动机构222驱动闸板223向下滑动用于关闭闸口；当屋面积水深度超过围堰式挡板221的高度时，雨水溢流过围堰式挡板221的顶部再由屋面排水口3排出；所述社区气象总站1通过短距离无线通讯与主电路模块信号连接，所述驱动机构222与主控电路模块21电连接；所述太阳能电池板24用于给该屋面雨水智能调蓄装置2提供电源。

在本实施例中，为了屋面雨水智能调蓄装置2的结构简单可靠，运行稳定，如图3和图4所示，所述驱动机构222包括丝杆导轨2221、滑块2222、电机2223和电机驱动器2224，所述滑块2222沿丝杠导轨在竖直方向上下滑动，所述电机2223与丝杠导轨传动连接，所述电机2223和电机驱动器2224依次与主电路模块电连接；所述围堰式挡板221上开设有与闸板223的两侧沿竖直方向滑动配合的滑槽2211。

在本实施例中，为了实时有效地监测屋面的蓄水量，有效防止屋面雨水排放异常导致屋面蓄水量超出屋面的蓄水量上限，如图2所示，所述屋面设置有屋面水深传感器23，本实施例的屋面水深传感器23选用液位传感器，所述屋面水深传感器23与主电路模块电连接。

在本实施例中，为了便于有效管控各个建筑群在短时发生一次强降雨时的屋面蓄水量，如图1所示，各个建筑群均设置有建筑群子站5，所述建筑群子站5设置有所述屋面雨水智能调蓄装置2。

如图1～4所示，一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法，包括如下步骤：

S1：社区气象总站1通过翻斗雨量计实时监测降雨强度，采样时间记为ΔT，本实施例的ΔT的范围为3min～5min，采集到的降雨总量记为V，降雨强度记为P，则根据源头强降雨识别与预警算法，P＝V/ΔT；

S2：社区气象总站1根据源头强降雨识别与预警算法进行识别，比较降雨强度P与设定的预警阈值K，当P>K时，则判断为短时发生一次强降雨，否则为短时无强降雨；

S3：屋面雨水智能调蓄装置2通过控制屋面排水口3的雨水排放量调控屋面的蓄水量，当屋面雨水智能调蓄装置2接收到短时发生一次强降雨的信号时，屋面雨水智能调蓄装置2关闭屋面排水口3；当屋面雨水智能调蓄装置2接收到短时无强降雨的信号时，屋面雨水智能调蓄装置2打开屋面排水口3，实现建筑群屋面雨水集中调蓄错峰缓排，有效拦截短时强降雨，避免在强降雨条件下现有屋面雨水集中排放对市政雨水管网的峰值负荷冲击，提高城市防汛安全和应急管理水平；

S4：至少连续三次P>K，则判断为发生短时强降雨事件需要预警并采取措施，采用GPRS无线通讯实时发送到政府的应急管理信息中心4进行预警。政府对于强降雨的应急处理一般由应急管理部门管理，短时强降雨事件一旦被识别，短时强降雨事件的信息发送到该主管部门的应急管理信息中心4，通过该应急管理部门授权向公众进行预警，如果设备安装地点对于强降雨是由另外部门管理，则信息发送到相应主管部门的应急管理信息中心4，实现短时强降雨事件实时有效的被公众知道。

在本实施例的步骤S3中，当屋面雨水智能调蓄装置2接收到短时发生一次强降雨的信号时，电机2223驱动丝杆导轨2221转动，闸板223和滑块2222沿丝杆导轨2221在竖直方向向下滑动，实现屋面排水口管控模块22关闭屋面排水口3，当屋面的蓄水量大于屋面的蓄水量上限时，雨水从屋面排水口管控模块22的围堰式挡板221处溢流至屋面排水口3排出；当屋面雨水智能调蓄装置2接收到短时无强降雨的信号时，电机2223驱动丝杆导轨2221转动，闸板223和滑块2222沿丝杆导轨2221在竖直方向向上滑动，实现屋面排水口管控模块22打开屋面排水口3，屋面雨水再从屋面排水口3排出。当短时发生一次强降雨时，屋面可以储蓄一定的雨水，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)，上人屋顶至少可以蓄水深度20cm，多余的雨水从屋面雨水智能调蓄装置2处溢流至屋面排水口3排出，有效保护屋面不渗水漏水。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：社区气象总站(1)通过翻斗雨量计实时监测降雨强度，采样时间记为ΔT，采集到的降雨总量记为V，降雨强度记为P，则根据源头强降雨识别与预警算法，P＝V/ΔT；

S2：社区气象总站(1)根据源头强降雨识别与预警算法进行识别，比较降雨强度P与设定的预警阈值K，当P>K时，则判断为短时发生一次强降雨，否则为短时无强降雨；

S3：屋面雨水智能调蓄装置(2)通过控制屋面排水口(3)的雨水排放量调控屋面的蓄水量，当屋面雨水智能调蓄装置(2)接收到短时发生一次强降雨的信号时，屋面雨水智能调蓄装置(2)关闭屋面排水口(3)；当屋面雨水智能调蓄装置(2)接收到短时无强降雨的信号时，屋面雨水智能调蓄装置(2)打开屋面排水口(3)。

2.根据权利要求1所述的应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法，其特征在于：该预警和管控方法还包括，步骤S4：至少连续三次P>K，则判断为发生短时强降雨事件，并采用GPRS无线通讯实时发送到政府的应急管理信息中心(4)进行预警。

3.根据权利要求1或2所述的应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法，其特征在于：步骤S3中，当屋面雨水智能调蓄装置(2)接收到短时发生一次强降雨的信号时，屋面雨水智能调蓄装置(2)关闭屋面排水口(3)，当屋面的蓄水量大于屋面的蓄水量上限时，雨水从屋面雨水智能调蓄装置(2)处溢流至屋面排水口(3)排出。

4.根据权利要求1或2所述的应对短时强降雨社区源头的预警和管控方法，其特征在于：ΔT的范围为3min～5min。

5.一种应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备，其特征在于：包括社区气象总站(1)、屋面雨水智能调蓄装置(2)和政府的应急管理信息中心(4)，所述社区气象总站(1)通过翻斗雨量计实时监测降雨强度，所述社区气象总站(1)与政府的应急管理信息中心(4)信号连接；所述屋面雨水智能调蓄装置(2)包括主控电路模块(21)和屋面排水口管控模块(22)，所述屋面排水口管控模块(22)包括围堰式挡板(221)和驱动机构(222)，所述围堰式挡板(221)绕屋面排水口(3)的竖直周向围合，所述围堰式挡板(221)上开设有闸口，所述闸口上沿竖直方向滑动设置有闸板(223)，所述驱动机构(222)驱动闸板(223)向下滑动用于关闭闸口；当屋面积水深度超过围堰式挡板(221)的高度时，雨水溢流过围堰式挡板(221)的顶部再由屋面排水口(3)排出；所述社区气象总站(1)通过短距离无线通讯与主电路模块信号连接，所述驱动机构(222)与主控电路模块(21)电连接。

6.根据权利要求5所述的应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备，其特征在于：所述驱动机构(222)包括丝杆导轨(2221)、滑块(2222)、电机(2223)和电机驱动器(2224)，所述滑块(2222)沿丝杠导轨在竖直方向上下滑动，所述电机(2223)与丝杠导轨传动连接，所述电机(2223)和电机驱动器(2224)依次与主电路模块电连接。

7.根据权利要求5或6所述的应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备，其特征在于：所述围堰式挡板(221)上开设有与闸板(223)的两侧沿竖直方向滑动配合的滑槽(2211)。

8.根据权利要求5所述的应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备，其特征在于：所述屋面设置有屋面水深传感器(23)，所述屋面水深传感器(23)与主电路模块电连接。

9.根据权利要求5所述的应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备，其特征在于：所述屋面雨水智能调蓄装置(2)还包括太阳能电池板(24)，所述太阳能电池板(24)用于给该屋面雨水智能调蓄装置(2)提供电源。

10.根据权利要求5所述的应对短时强降雨社区源头的预警和管控设备，其特征在于：各个建筑群均设置有建筑群子站(5)，所述建筑群子站(5)设置有所述屋面雨水智能调蓄装置(2)。

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