CN113898030B - 基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施及方法，其中，设施包括由上向下设于地下空间内的监测沟、滤水池和清水池；监测沟供地面雨水汇集，监测沟内设有监测设备，以备进行水量监测、雨情识别及智能预警，监测沟分别与滤水池、调蓄池连通，正常雨情时雨水经过监测沟及初雨弃置装置后进入滤水池，滤水池内设有过滤装置，以备对雨水进行过滤净化，流入清水池存储并再生回用；当发生暴雨等特殊雨情时，雨水由监测沟直接排入应急调蓄池，后强排入市政排水管道系统。本发明能够实现雨水资源智慧化、集约化收集处理，兼具暴雨防洪预警与应急调蓄处理能力，有助于增强城市风险防控管理水平，提高应急处理处置效率。

Description

基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施及方法

技术领域

本申请属于海绵城市建设技术领域，具体而言涉及一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施及方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，水资源供需矛盾日益加剧，越来越多城市面临着水资源短缺问题。为解决此问题，不少城市过度开发地下水与地表水，导致一系列城市水环境问题频发。同时，在城市化的迅速发展下，道路、建筑物等不透水面积逐渐扩大，下垫面的透水性越来越差，一方面雨水不能再入渗地下补充地下水，加上地下水的严重超采，使的城市周围的水环境和生态环境恶化；另一方面大雨时，地表径流量增加，洪峰流量增大且时间提前，导致城市的防洪抗灾能力减弱，暴雨洪水灾害发生的几率增大，强烈干扰了城市原有水文生态，破坏了自然的水文循环过程。近年，我国不少城市已经暴露出水环境恶化、生态环境破坏和城市暴雨洪水等城市病问题，这给城市居民的生活带来了不便，也增加了城市运行风险。

传统的雨水收集利用系统主要是对雨水进行简单的收集、存储和回用，系统的集约化、标准化程度低，且雨水回用系统与收集、处理、防控调蓄系统无关联性，没有形成配套联动，无法解决雨水的水质污染及水量超负荷问题，也不能进行防洪预警和智能调蓄，资源利用率低，适用范围小，实用性不高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施及方法，用以解决现有雨水储集装置功能单一、智能化程度低，无法满足目前雨水非常规水资源回用与防洪排涝预警的应用需求的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一方面，提供一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，包括由上向下设于地下空间内的监测沟、滤水池和清水池，监测沟与滤水池之间设有第一隔层，滤水池与清水池之间设有第二隔层；监测沟供地面雨水汇集，监测沟内设有监测设备，以备进行水量监测、雨情识别及智能预警，监测沟与滤水池连通，滤水池内设有过滤装置，以备对流入的雨水进行过滤净化；滤水池与清水池连通，经过滤装置过滤的雨水流入清水池，供用水点回用。

进一步地，基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施还包括设于地面上的电控箱、供电装置和信号显示器；其中，电控箱包括中央控制器、继电器及配线，能够控制雨水收集及调蓄过程；供电装置作为整个设施的能量供给；信号显示器包括预警信号灯和信息显示屏，用于显示设施的工作状态及进行预警显示。

进一步地，监测沟的雨水入口设有截污格栅。

进一步地，监测设备与中央控制器连接，监测设备用于对雨水汇集情况进行监测计量，并将采集的数据传输至中央控制器智能终端。

进一步地，过滤装置设置在滤水池的下部，过滤装置的上方具有污水腔。

进一步地，监测沟通过外置的第一排水管与滤水池连通，第一排水管的进水口位于监测沟的底部，第一排水管的出水口接入污水腔。

进一步地，第一排水管上设有弃流管，第一排水管的出水口设有弃流电控阀。

进一步地，清水池内还设有数据采集器，以备获取清水池内雨水的水质数据与液位数据，并能够将采集的水质数据及液位数据传输至中央控制器，并且采集的数据信息显示在信号显示屏上以及实时存储在存储器中。

进一步地，地下空间内还设有应急调蓄池，应急调蓄池与清水池连通，以备存储从清水池排出的雨水。

进一步地，过滤装置包括砂滤层，砂滤层为双层滤料层，包括天然石英砂与无烟煤滤料介质。

进一步地，砂滤层的下方设有布水孔板，布水孔板上均布有导水凹槽与透水孔。

进一步地，砂滤层的下方设有活性炭过滤棉，活性炭滤棉的下方铺设有承托层。

进一步地，监测沟与滤水池之间设有密闭式的第一检修口。

进一步地，清水池内设有雨水提升泵，并通过出水管将清水供出至用水点。

进一步地，清水池通过溢流连通管与应急调蓄池连通，清水池中超过溢流连通管溢流入口的雨水通过溢流连通管排入应急调蓄池。

进一步地，应急调蓄池内设有潜污泵以及第二排水管，第二排水管的一端与潜污泵连接，另一端伸出应急调蓄池与市政排水管道连接。

进一步地，监测沟侧壁上设置紧急排水口，监测沟通过紧急排水口与应急调蓄池连通，紧急排水口上设置电控闸板。

另一方面，还提供一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用方法，利用上述的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施。

进一步地，基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施具有平常降雨状态和暴雨预警状态；

在平常降雨状态下，通过弃流电控阀延迟开启将初期雨水经第一排水管的弃流管排出，开启弃流电控阀，中后期雨水进入滤水池，经过滤装置过滤处理后，进入清水池内储存蓄积，以备供用水点回用；

在暴雨预警状态下，随着清水池内的水位不断升高，首先通过溢流连通管将清水池内的雨水溢流排出至应急调蓄池；当溢流连通管无法满足积雨及时排出时，监测沟内电控闸板自动开启，雨水直接排入应急调蓄池，储量达到最高水位时潜污泵联动开启，将积水强制排出至市政排水管道；

当监测沟水位下降或流量减小时，中央控制器PLC传输信号解除警报，信号灯变绿色，预警应急调蓄模式切换为平常集雨模式。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a）本发明提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，兼具智能监测与防洪预警控制功能，可以应用于城市与村镇地区，设置在便于进行雨水收集的场所如新建小区、公园广场、学校建筑、工业园区等，也可与道路绿化带、生态绿道、雨水花园等海绵设施共建，能够满足目前雨水非常规水资源回用与防洪排涝预警的应用需求，实现雨水集约化利用与智能化调控的发展目标。

b）本发明提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，结构简单，功能齐全，使用方便，安全环保，在做到智能化雨水收集与水质处理的基础上，还能够通过传感器对集雨情况进行自动监控预警，按照水位深度与蓄雨速度将雨情分成平常降雨状态与三个级别预警状态，每段预警状态分别对应不同设施运行应急方案。实现雨水资源智慧化、集约化收集处理的同时，兼具暴雨防洪预警与应急调蓄处理能力，有助于增强城市风险防控管理水平，提高应急处理处置效率。

c）本发明提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用方法，在平常降雨期可实现雨水自动化收集与智能化回用，且设施集初雨弃置、雨水净化、净水存储、水量水质监测、数据采集存储、信息显示、雨水回用等功能为一体，将雨水资源智能、科学地最大化回收再利用；在特殊预警状态可实现对雨情信息的监测和识别，并及时采取相应的应急处理措施，起到临时应急智能调蓄的作用。为解决水资源短缺危机，提高城市韧性及排洪防涝应急管理能力，建设宜居的城市水环境发挥重要的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施的结构示意图一；

图2为本发明提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施的俯视图；

图3为本发明提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施的结构示意图二；

图4为图3中A-A剖面图示意图；

图5为本发明提供的预警信号指示灯的布置示意图；

图6为本发明提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施的运行流程图；

图7为本发明提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施的控制原理图。

附图标记：

1-监测沟；11-截污格栅；12-第一排水管；121-弃流管；13-监测设备；14-电控闸板；15-取水栓口；16-第一检修口；17-弃流电控阀；2-滤水池；21-污水腔；22-布水孔板；23-砂滤层；24-活性炭过滤网；25-承托层；3-清水池；31-雨水提升泵；32-出水管；33-数据采集器；34-溢流连通管；4-应急调蓄池；41-第二检修口；42-第二液位计；43-潜污泵；44-第二排水管；5-信号显示器；51-预警信号灯；511-一级预警灯；512-二级预警灯；513-三级预警灯；514-平常降雨灯；52-信息显示屏；6-电控箱；7-太阳能电池板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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。

为便于对本申请实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本申请实施例的限定。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

本发明的一个具体实施例，如图1-4所示，公开了一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，该设施埋设于城市地下，可设置于新建小区、公园广场、学校建筑、工业园区等便于雨水收集利用场所，也可与道路绿化带、生态绿道、雨水花园等海绵设施共建。

基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施包括开挖于地面的地下空间，地下空间内由上向下设有监测沟1、滤水池2和清水池3，监测沟1与滤水池2之间设有第一隔层，滤水池2与清水池3之间设有第二隔层；

监测沟1供地面雨水汇集，监测沟1内设有监测设备13，以备进行水量监测、雨情识别及智能预警，监测沟1与滤水池2连通，滤水池2内设有过滤装置，以备对流入滤水池2的雨水进行过滤；

滤水池2与清水池3连通，经过滤装置过滤的雨水流入清水池3，清水池3内设有雨水提升泵31，以备将清水供出至用水点；

地下空间内还设有应急调蓄池4，应急调蓄池4与清水池3连通，以备存储从清水池3排出的雨水。

本实施例的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，还包括设于地面上的电控箱6、供电装置和信号显示器5。其中，电控箱6包括中央控制器、继电器、配线等，作为整个系统电控核心部件，作为整个系统信号传输、控制及数据存储。供电装置作为整个系统能量供给，包括开关电源、太阳能电池板7、充电控制器和蓄电池。信号显示器5作为整个系统的显示模块，包括预警信号灯51和信息显示屏52。预警信号灯51能够对系统运行模式进行预警显示，信息显示屏52能够显示系统中不同部位水质、水量监测数据。如图5所示预警信号灯51包括一级预警灯511、二级预警灯512、三级预警灯513和平常降雨灯514，通过不同颜色信号灯闪烁的方式进行状态反馈，以显示四种状态模式。示例性的，一级预警灯511发红色光，二级预警灯512发橙色光，三级预警灯513发黄色光，平常降雨灯514发绿色光。

本实施例中，监测沟1的雨水入口设有截污格栅11，经截污格栅11初步过滤的雨水流入滤水池2中。当降雨发生时，雨水通过截污格栅11汇集入监测沟1中，初步拦截径流量中较大体积的枯枝、烂叶等污染物，避免其进入系统发生大面积堵塞。

本实施例中，监测沟1内设置有监测设备13，监测设备13与中央控制器连接，监测设备13包括流量计、水位计等传感器，能够对雨水汇集情况进行监测计量，并将采集的数据传输至中央控制器（PLC）智能终端。中央控制器能够预先存储历史降雨数据，从而进行雨强识别分析与比对，将此次降雨判别为平常状态或预警状态，同时启动相应的控制模式。

可选的，监测沟1内的电控系统均采用直流12V的弱电作为系统电源，对人类无伤害，防止因漏电造成的安全事故发生。

本实施例中，过滤装置设置在滤水池2的下部，过滤装置的上方还具有污水腔21，也就是说，滤水池2具有上、下两部分空间，下部空间安装有过滤装置，上部空间用于容纳由监测沟1流入滤水池2的雨水。

在其中一种可选实施例中，过滤装置包括砂滤层23，砂滤层23为双层滤料层，采用天然石英砂与无烟煤作为滤料介质，因其具有足够的机械强度，化学稳定性好，能够有效去除雨水中颗粒污染物，降低SS、浊度与CODcr等指标。砂滤层23的下方设有布水孔板22，布水孔板22上均布有导水凹槽与透水孔，能够起到均匀布水的作用。砂滤层23的下方设有活性炭过滤棉24，其具有比表面积大，韧性好、质量轻，便于清洗和更换的优点，能够有效去除水中的浊度、SS、CODCr、pH和电导率。活性炭滤棉24的下方铺设有承托层23，承托层23采用规格为400目的不锈钢丝滤网，铺于活性炭滤棉24的下方作为垫层，不锈钢丝滤网具有耐磨抗压、延展性强、承受能力大且便于清洗等优点。

本实施例中，滤水池2的池底设有第一检修口16，第一检修口16设置在第一隔层上，第一检修口16为监测沟1与滤水池2之间的密闭式检修口。雨水收集调蓄设施无需设置反冲洗装置，可定期打开第一检修口16，便于对滤水池2内过滤装置的过滤材料进行更换或清洗，无需设置反冲洗系统，显著降低了成本。

本实施例中，监测沟1与滤水池2包括如下两种连通方式：

在第一种可选实施方式中，监测沟1的底部设置出水口，监测沟1内的雨水经监测沟1底部的出水口流入滤水池2中。

在第二种可选实施方式中，监测沟1通过第一排水管与滤水池2连通，具体而言，监测沟1通过外置的第一排水管12与滤水池2连通，第一排水管12的进水口位于监测沟1的底部，第一排水管12的出水口接入滤水池2的污水腔21。

进一步地，第一排水管12上设有弃流管121，第一排水管12的出水口设有弃流电控阀17，弃流电控阀17可布置在弃流管121与第一排水管12连接处至第一排水管12出水口之间，利用弃流电控阀17以控制弃流的时间。图4示出了初期雨水弃流设施设计原理，降雨初期，弃流电控阀17为关闭状态，第一排水管12内雨水通过旁通弃流管121排出至市政排水管道，进行初期雨水弃流，降雨一段时间后开启弃流电控阀17，弃流电控阀17可在降雨开始后延时15min后开启，中后期净雨进入滤水池2的过滤腔室，进行过滤存储流程，此时初雨弃流完成。若雨量逐渐加大，滤水池2的污水腔21满水后多余的雨量继续由弃流管121排出，避免超负荷运行对过滤设施造成破坏，保障过滤装置的正常运行，延长设施使用寿命。

本实施例中，清水池3位于滤水池2的下方，以备容纳经滤水池2过滤的清水，清水池3内设有雨水提升泵31和出水管32，雨水提升泵31可将储存的雨水提升至地面用水点。出水管32的进水口一端与雨水提升泵31连接，出水管32安装于侧墙，由支架固定，出水管32的出水口一端接地面取水栓口15，栓后针对不同用水需求可连接消毒器等二次处理设备，从而实现清水的回用，回用水根据当地需要可作为绿化、洗车、灌溉等水源使用。

本实施例中，清水池3内还设有数据采集器33，数据采集器33用于雨水水质数据检测与液位监测，数据采集器33包括水质检测仪和水位监测仪，其中，水位监测仪包括第一液位计，用于对清水池存储的水量进行实时监测；水质检测仪包括水质数据检测部件和测控部件，水质数据检测部件的输出端均与测控部件电连接，水质数据检测部件用于采集水质数据，测控部件将采集的水质数据传输至中央控制器，并且采集的水质数据信息显示在信号显示屏52中，并实时存储在存储器中。可选的，中央控制器可将存储的水质数据传输入主管部门客户端口。中央控制器可将水质各项指标检测值与再生水回用相关水质标准限值进行比对，根据用水性质调整相对应的再生水利用水质标准限值，用水性质包括城市杂用水、绿地灌溉、景观环境用水等，如水质不达标则进行实时预警反馈，提醒主管部门对设施进行检修维护。

在其中一种可选实施方式中，水质数据检测部件包括有机物分析仪、电导率分析仪、pH计、悬浮物分析仪和溶解氧仪，各水质数据检测部件的输出端均与测控部件电连接，可实现雨水水质在线实时监测。其中，悬浮物分析仪用于检测过滤后的雨水中的悬浮物含量数据（SS、浊度指标），并将检测数据发送至测控部件；有机物分析仪用于检测过滤后的雨水中的有机物含量数据（CODCr指标），并将检测数据发送至测控部件；电导率仪用于检测过滤后的雨水中的无机盐类含量数据，并将检测数据发送至测控部件。通过第一液位计对清水池存储的水量进行实时监测。存储器对水质、水量长期数据信息进行记录存储，中央控制器通过无线通讯模块或连接线与上位显示屏连接并将信号实时显示电子信息屏52，中央控制器通过无线通讯模块与管理部门通信终端连接。数据采集器33能够实时地对所存储雨水水量、水质进行信息采集与传输，及时将雨水情况反馈至测控终端，从而进行智能调控。

清水池3内还设有溢流连通管34，清水池3通过溢流连通管34与应急调蓄池4连通，当清水池3内的水位超过溢流连通管34溢流入口对应的水位时，溢流连通管34可将清水池中溢流水量排入隔壁应急调蓄池4，从而防止清水池水量满溢而对上方过滤装置造成破坏，必要时由应急调蓄池中的潜污泵43一并提升排入临近市政排水管道。具体而言，溢流连通管34的一端管口位于清水池3内，另一端管口延伸至应急调蓄池4内。可选的，应急调蓄池4与清水池3通过一竖隔板隔开，溢流连通管34设置在竖隔板上。溢流连通管34的溢流进水口的高度位于数据采集器33上方且低于第二隔板的下方。

考虑到回用雨水水质要求较高，选择PP板材作为清水池3储水设施材料，使用焊接工艺制作。

本实施例中，应急调蓄池4作为紧急预警时的应急雨量存储设施，能够防止大流量积雨因无法及时排入管网而在地面形成积水区，缓解内涝情况发生。应急调蓄4设于清水池3的一侧，清水池3与应急调蓄4通过溢流连通管34连通。应急调蓄池4内设有第二检修口41、第二液位计42、潜污泵43以及第二排水管44，潜污泵43设于应急调蓄池4的底部，第二排水管44的一端与潜污泵43连接，另一端伸出应急调蓄池4与市政排水管道连接。

进一步地，监测沟1与应急调蓄池4通过电控闸板14连通，监测沟1侧壁上设置紧急排水口，紧急排水口上设置电控闸板，紧急排水口与应急调蓄池4连通。当遇到大流量积雨时，首先通过溢流连通管34将清水池3内的雨水排出至应急调蓄池4，当溢流连通管34无法满足积雨及时排出时，打开电控闸板14，监测沟1内的雨水直接排入应急调蓄池4，必要时启动潜污泵43将雨水及时排出至附近市政排水管道。具体的，当系统预警模式开启时，监测沟1侧壁上设置电控闸板自动开启，雨水直接进入应急调蓄池4内蓄存，第二液位计42实时监测应急调蓄池4内的水位信息，当应急调蓄池4内的水位达到最高水位信号时，将第二液位计42信号传输入中央控制器，中央控制器通过无线通讯模块或连接线与电控箱6连接，控制潜污泵43自动启闭，将雨水及时排出至附近市政排水管道。进一步地，可结合暴雨天气预报，增加调蓄池提前24h排空功能。

本实施例的一种可选实施方式中，监测沟1、滤水池2和清水池3由上向下叠置布置，且监测沟1、滤水池2和清水池3的侧壁共面，整体上呈长方体结构，应急调蓄池4位于监测沟1、滤水池2和清水池3的一侧，应急调蓄池4的顶端与监测沟1的顶端共面，且设备的顶端设置盖板，盖板覆盖在监测沟1和应急调蓄池4的上端。盖板包括两部分，第一部分盖板覆盖在监测沟1的顶端开口上，第二部分盖板覆盖在应急调蓄池4的顶端开口上。第二检修口41设置在第二部分盖板上，第一部分盖板上设有用于安装截污格栅11的第一安装口、用于安装监测设备13的第二安装口以及取水栓口15。

本实施例还提供一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用方法，利用基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，设施的运行流程及控制原理参见图6至图7，基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施包括如下两种运行状态：

第一种为平常降雨状态，在降雨平常期进行雨水资源的全自动收集与集成化处理回用，利用雨水截污监测模块、初期雨水弃流模块、雨水过滤净化模块、雨水储存检测模块和净水回用模块，各模块之间按顺序衔接，共同作用。雨水收集回用工艺流程包括：雨水汇集输送→污染物拦截→雨量监测识别→初期雨水弃流→雨水收集→组合过滤→雨水储存→数据采集→回用。

第二种为暴雨预警状态，在暴雨洪涝时期进行雨量监测预警与智能调蓄。综合运用雨情监测预警模块、雨水积存调蓄模块和应急响应处理模块，各模块之间相互关联，通过数据信号传输，及时启动应急联动处理预案。监测预警与智能调蓄运作流程包括雨情分析→积水监测→分级预警→应急响应→智能调蓄。根据实际雨情，设施运行平常状态可及时切换到应急状态。进一步可结合当地气象台发布的暴雨天气预告增加调蓄池提前泄空功能，确保调蓄池尽可能最大容积存储暴雨降水。

在上述两种状态中，位于监测沟1内的监测设备13、位于清水池3内的数据采集器33、位于应急调蓄池4内的第二液位计、设于第一排水管12上的电控阀、位于监测沟1与应急调蓄池4之间的电控闸板14以及位于地面上的中央控制器、存储器与信号显示器5等电控设备对系统进行智能化监测控制。降雨进行时，水位传感器首先进行水位、流量的实时监测，再由中央控制器对监测数据进行采集、分析、判断，并分别对后端的电控开关采取分级控制，自动开启不同状态下的设施启动状态。

对于平常降雨状态，设备处于平常集雨模式。当监测沟1内的监测设备13传输的数据信号被中央控制器PLC识别后判定为平常降雨状态，可同步控制弃流管121的弃流电控阀17启闭，从而达到初期雨水弃流的目的。具体表现为降雨时期，监测沟1内的监测设备13对雨量进行分析调控，通过可编程逻辑控制器(PLC)识别降雨情况，控制弃流电控阀17与应急预警系统启闭，实现雨水流向切换与应急模式联动开启的目的。对于平常状态，初期雨水经第一排水管12的弃流管121排出后，弃流电控阀17开启，较洁净的中后期雨水进入滤水池2，再经过滤水池2内过滤装置的组合过滤处理，进入清水池3储存蓄积。综合考虑降雨间隔、集水面类型、场地绿地产流量等因素对雨水水质的影响，确定初期雨水弃流量为降雨径流历时0~15min内雨量，即通过延时15min降雨时长，控制关闭弃流电控阀17，使中后期雨水进入后面的滤水池2和清水池3。

对于暴雨预警状态，设备处于预警应急调蓄模式。当随着降雨历时增加，若降雨强度越来越大，水位升高迅猛，水量增加快速，监测设备13中的液位开关会给中央控制器PLC输送预警电子信号，经比对历时暴雨数据，控制器判断相应预警等级，同时发送GPRS无线通讯预警信息至应急信息管理中心，并采取应急响应措施。也即若PLC控制器分析结果为持续暴雨，大量雨水进入监测沟1内立即进行暴雨预警，预警系统根据水量积蓄时长与水位变化高度发出分级预警信号。示例性的，预警信号分为三级预警，三级预警下对应的预警水位高度应按照当地降雨10年一遇水量计算；二级预警下对应的水位高度按照当地降雨50年一遇水量计算；一级预警下对应的水位高度按照当地降雨100年一遇水量计算；再通过GPRS无线通讯实时将暴雨等级信息传送至所在地主管部门的应急信息管理中心，通过授权后可向公众进行预警。GPRS预警发出的同时，设施上的预警信号灯51闪烁，信息显示屏52显示预警信息。暴雨发生过程中，随着清水池3内的水位不断升高，首先通过溢流连通管34将清水池3内的雨水溢流排出至应急调蓄池4，当溢流连通管34无法满足积雨及时排出时，监测沟1内应急电控闸板14自动开启，雨水直接排入应急调蓄池4，储量达到最高水位时潜污泵43联动开启，将积水强制排出至附近市政排水管道。当监测沟1水位下降或流量减小时，中央控制器PLC传输信号解除警报，信号灯变绿色（常亮），预警应急调蓄模式切换为平常集雨模式。

与现有技术相比，本实施例提供的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，至少具有如下有益效果之一：

1、基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施可以设置在便于进行雨水收集的场所如新建小区、公园广场、学校建筑、工业园区等，也可与道路绿化带、生态绿道、雨水花园等海绵设施共建。应用场地多样，功能兼备，充分发挥雨水资源化利用的同时也能一定程度的解决低洼地区防洪排涝问题。本设施的构建，能够实现节水型城市或村镇非常规水资源回用与优化配置，同时消减内涝等城市病，增强城市防灾减灾能力，提高城市韧性。

2、结构简单，功能齐全，使用方便，安全环保，改善了以往雨水收集装置单一功能，增加了智慧化控制模块，在做到雨水自动收集与水质处理的基础上，对水质、水量数据进行存储传输，在线实时监测显示，还能够通过传感器对集雨情况进行自动监控预警，并及时反馈至主管部门管理系统终端，极大地提高便捷性，为智慧城市管理模式的构建提供有力技术支撑，具有创新性意义。

3、可对降雨情况进行智能识别，按照监测沟内水位深度与蓄雨速度将雨情分成平常降雨常状态与三个级别预警状态，结合不同地区降雨强度，对暴雨采取三级预警判断，重现期分别选取10年、50年和100年，并针对每段预警状态分别对应采取不同应急预案，实现对暴雨预警精细化分级预警与应急管理。

4、在平常降雨收集过程中具备初期雨水弃置功能，自动弃置15min降雨水量（可根据需求与当地实际可调整为1~20min），中央控制器根据前端传感器的信号是否控制弃流电控阀17启闭，有效保证了所收集雨水的洁净度。同时，在雨量增强时，滤水池满水后多余的雨量继续由弃流管121排出，避免超负荷运行对过滤设施造成破坏，保障过滤组件正常运行，延长设施使用寿命。

5、应急调蓄池能够作为预警时的应急雨量存储设施，防止大流量积雨因无法及时排入管网而在地面形成积水区，缓解内涝情况发生。同时，当发生频繁降雨时，清水池水量“只存不用”，此时溢流水量将通过溢流连通管34排入调蓄池内，从而防止水池水量满溢而对上方过滤装置造成破坏。

6、采集的全部水质、水量数据信息均能够通过存储器进行自动存储，控制器智能识别异常数据并反馈于信息显示屏，同时发送GPRS无线通讯至信息管理中心，反应快速，预警及时，更科学、省力地提高管理效率，实用性高。

7、采用太阳能电源组件作为电源，使设施运行更加安全、环保，达到节能减排的目的，将雨洪防灾减灾与雨水回用效益最大化。

8、安装方便且成本较低，同时可适用于景观用地、生态绿廊、雨水花园等，实用性高。

9、在雨水水质方面能够进行自动化多级过滤与实时检测，分别表现为雨水收集口污染物拦截、初雨弃置后净雨回收、二级组合式过滤净化、清水池水质实时检测等功能单元；在雨水水量方面能够进行智能化监测调控，分别表现为集雨监测沟水量监测与雨情识别预警、初雨弃置水量控制、清水池水位监测、暴雨积水存储调蓄、超流量自动强排等功能单元。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，其特征在于，包括由上向下设于地下空间内的监测沟（1）、滤水池（2）和清水池（3），所述监测沟（1）与滤水池（2）之间设有第一隔层，所述滤水池（2）与所述清水池（3）之间设有第二隔层；

所述监测沟（1）供地面雨水汇集，所述监测沟（1）内设有监测设备（13），以备进行水量监测、雨情识别及智能预警，所述监测沟（1）与所述滤水池（2）连通，所述滤水池（2）内设有过滤装置，以备对流入的雨水进行过滤净化；

所述滤水池（2）与清水池（3）连通，经过所述过滤装置过滤的雨水流入所述清水池（3），供用水点回用；

所述地下空间内还设有应急调蓄池（4），所述应急调蓄池（4）与清水池（3）连通，以备存储从清水池（3）排出的雨水；

还包括设于地面上的电控箱（6）、供电装置和信号显示器（5）；

其中，所述电控箱（6）包括中央控制器、继电器及配线，能够控制雨水收集及调蓄过程；

所述供电装置作为整个设施的能量供给；

所述信号显示器（5）包括预警信号灯（51）和信息显示屏（52），预警信号灯（51）能够对设施运行模式进行预警显示，信息显示屏（52）能够显示设施中不同部位水质、水量监测数据；

所述监测设备（13）与中央控制器连接，所述监测设备（13）用于对雨水汇集情况进行监测计量，并将采集的数据传输至中央控制器智能终端；

所述过滤装置设置在滤水池（2）的下部，所述过滤装置的上方具有污水腔（21）；

所述监测沟（1）通过外置的第一排水管（12）与滤水池（2）连通，所述第一排水管（12）的进水口位于监测沟（1）的底部，所述第一排水管（12）的出水口接入污水腔（21）；

所述第一排水管（12）上设有弃流管（121），所述第一排水管（12）的出水口设有弃流电控阀（17）；

监测沟（1）通过紧急排水口与应急调蓄池（4）连通，紧急排水口上设置电控闸板（14）；

所述清水池（3）内还设有数据采集器（33），以备获取清水池（3）内雨水的水质数据与液位数据，并能够将采集的水质数据及液位数据传输至中央控制器，并且采集的数据信息显示在信息显示屏（52）上以及实时存储在存储器中。

2.根据权利要求1所述的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施，其特征在于，所述监测沟（1）的雨水入口设有截污格栅（11）。

3.一种基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施；

基于智慧监测与预警控制功能的雨水收集回用设施具有平常降雨状态和暴雨预警状态；

在平常降雨状态下，通过弃流电控阀（17）延迟开启将初期雨水经第一排水管（12）的弃流管（121）排出，开启弃流电控阀（17），中后期雨水进入滤水池（2），经过滤装置过滤处理后，进入清水池（3）内储存蓄积，以备供用水点回用；

在暴雨预警状态下，随着清水池（3）内的水位不断升高，首先通过溢流连通管（34）将清水池（3）内的雨水溢流排出至应急调蓄池（4）；当溢流连通管（34）无法满足积雨及时排出时，监测沟（1）内电控闸板（14）自动开启，雨水直接排入应急调蓄池（4），储量达到最高水位时潜污泵（43）联动开启，将积水强制排出至市政排水管道；

当监测沟（1）水位下降或流量减小时，中央控制器PLC传输信号解除警报，信号灯变绿色，预警应急调蓄模式切换为平常集雨模式。

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