基于物聯網的雨水收集系統優化問題探析

曾軍　呂濤

摘 要：針對傳統雨水收集系統的一些不足，提出了一種基于物聯網的雨水收集系統解決方案，并詳細分析了其優化結果。優化結果證實了所提方法的有效性。

關鍵詞：物聯網；傳感器；雨水收集系統；優化

中圖分類號：TP272 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）12-00-02

0 引 言

目前，現有的雨水收集處理裝置大多采用被動收集方式，人們對雨水收集過程缺乏控制，因此如何有效的對現有傳統雨水收集系統裝置進行優化處理就顯得尤為重要。

本文針對現有傳統雨水收集系統裝置的一些不足，提出了一種基于物聯網的雨水收集系統優化解決方案。此優化方案利用自動化控制技術、傳感器技術及網絡通信技術等以實現遠程監視、自動報警、診斷和維護等功能，進而實現“管理、控制、運行”一體化解決方案。

1 現有傳統雨水收集系統缺陷分析

通過相關調研發現，現有傳統雨水收集系統主要存在以下不足：

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

（2）對雨水的處理過程較為粗略。以物理處理方式為主，以微少化學處理流程為輔，并且處理后水質監測裝置較少，因此會造成水中總會有微量化學藥劑的存在，會產生一定的副作用。

（3）對水資源缺乏細致的分類。一套流程處理不同的水質，就會造成處理過程嚴謹化缺失，水質凈化的指標保證體系缺乏制度化的規定。

（4）缺乏功能檢測裝置。現有傳統雨水收集系統只適合小范圍使用，且設備的處理量較大，這會導致裝置加速老化，但鮮有人能夠及時發現系統的老化并更新系統。

（5）缺少必要的水質監測預警環節。如水質等級預警、系統老化預警、水質處理進度預警、水質監測等。

（6）反應時效性較差。主要原因在于系統開放性較低，一旦發生故障需要大量的人員及時進行維護。

（7）雨水無法真正被人們廣范利用。

2 基于物聯網的雨水收集系統方案

針對現有傳統雨水收集系統裝置存在的一些不足，本文提出了一種基于物聯網的雨水收集系統優化解決方案。利用物聯網技術，將多種傳感采集模塊與雨水收集系統裝置相結合，組建無線傳感器網絡，通過多種傳感器技術（如污染物濃度傳感器、水位監測傳感器等）完成收集區域內雨水污染程度和降雨量的監測，并將監測數據通過無線傳感器網絡上傳至數據監控中心進行后續信息處理；采用分級處理機制，根據雨水的污染程度和降雨量將其劃分為四個等級：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，實現對雨水資源的高效利用。

根據《城市雨水徑流復合介質多級過濾技術研究》中關于雨水所含物質鑒定實驗，水質以及其用途的劃分標準如表1所列。

如果是自然降雨，經過本雨水收集系統監測處理后發現：當其水質各項指標與車輛沖洗用水水質對應指標相比更低時，則其為一級雨水；當雨水水質各項指標在道路清掃與建筑施工用水水質指標之間時，則其為二級雨水；當雨水各項指標高于建筑用水時可視為三級雨水，需要經過多層處理方可使用。

不同于傳統雨水收集裝置，本優化方案中雨水收集裝置的過濾系統除了感應閥門裝置外，還包括兩層過濾網：一層為普通的過濾網（一般可以去除>2.5 mm的雜質）；二層為深度過濾網，針對二級雨水使用，該層過濾網可以將超出指標的污染物或渾濁物進行二次的溶解和沉淀，起到高效過濾雨水的作用。

3 方案優化結果分析

3.1 變被動收集為智能化收集

基于物聯網的雨水收集系統優化方案利用多種傳感采集模塊與雨水收集系統裝置相結合，組建無線傳感器網絡，通過多種傳感器技術（如污染物濃度傳感器、水位監測傳感器等）完成收集區域內雨水污染程度和降雨量的監測，并將監測數據通過無線傳感器網絡上傳至數據監控中心進行后續信息處理。與傳統雨水收集系統相比較，優化方案在收集雨水的同時實現了雨水相關參數的檢測分析，并根據系統預設參量實現了雨水的智能化分級處理機制，改變了過去被動式的集水、排水模式。

3.2 收集效率的提高

基于物聯網的雨水收集系統優化方案采用分級處理機制，利用多傳感器處理技術，根據雨水的污染程度和降雨量將其劃分為四個等級：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量，提高雨水凈化強度。

正常情況下無需開動閥門開關，過濾后將進入蓄水區；當出現輕度污染情況時，過濾裝置將開啟二層過濾網閥門，兩次過濾后再進入儲蓄區域；如果出現重度污染情況，就將雨水直接排入廢水管道；要是遇到暴雨情況，就需要進行緊急處理，收集到的雨水會直接進入蓄水區2，等水位下降時，再進行上述步驟。

3.3 增加數據維護功能

由于傳統雨水收集系統中未結合智能網絡技術，眾多有關降雨量及雨水總雜質含量的數據未能通過技術手段保留下來。系統優化方案可以利用物聯網技術的特性，將得到的雨水收集數據上傳至系統數據庫，后續還可以對數據進行進一步的挖掘和研究，如預測未來雨水含量走勢及通過分析雨水中所含雜質的比例對環境治理提出合理建議。

3.4 有利于可持續發展

與傳統雨水收集系統相比，引入新技術設備之后，雖然單個系統成本有所提高，但是從社會效益及長期成本控制的角度來看，技術革新與設備改進是可持續發展的必要選擇。如果收集到的雨水水質較好，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比，后者每立方米的處理成本為3～5元。所以，基于物聯網的雨水收集系統優化方案將大大減少重復性的人力、物力操作，節約了人力物力成本。

3.5 提高雨水使用便利性

基于物聯網的雨水收集系統擴大了處理后雨水的使用范圍。通過傳統的物理過濾方法及化學物質的分步反應，雨水中的一些有害物質和雜質以沉淀的形式被分離出去，使得處理后雨水的各項指標在可用水質的指標范圍之內。雨水使用具體可以分為室內用水和戶外用水兩大類。室內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，將基于物聯網優化之后的雨水收集系統運用于城市雨水收集環節，結合其通用功能（凈化、滲透），促進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充地下水，以此來維持自然生態平衡的活水循環，為實現生態小區和生態城市奠定了堅實的基礎。

4 結 語

本文作者針對現有傳統雨水收集系統裝置的一些不足，提出了一種基于物聯網的雨水收集系統解決方案，詳細分析了其優化結果，可對今后雨水收集利用項目的開展提供借鑒，具有一定的積極意義。

參考文獻

[1]孟巖，方斌，崔丹，等.北京市在建房地產項目雨水收集與利用系統優化設計方案探討[J].中國水土保持， 2014（1）：33-36 .

[2]馬朝.淺談物聯網技術在水文監測信息系統中的應用[J].中國水利，2015（17）：49-51.