基于智能運算架構的雨水回收優化系統社會效益分析

盧英魁　宋奕萱　白雨辰　李昀　王瑋斌

摘 要：隨著我國社會發展需求不斷增長，節能呼聲越來越高，雨水回收再利用越發受到重視。采用新型雨水回收系統，符合我國呼吁的可持續發展戰略。目前，市場迫切需要一種節能環保的新型雨水回收系統，文章基于英特爾openvino人工智能開發平臺，面對現有水資源回收利用中能源損耗大、能耗高且能效較低的問題，探索一種具有更高能效的雨水資源回收利用方案，以提高社會效益。

關鍵詞：雨水回收;降低能耗;社會效益

1 ? ?雨水回收利用優化系統的必要性

1.1 ?應用背景

近期，習近平總書記再臨“兩山論”發源地，進一步提出對環境保護的殷切期盼與要求，“綠水青山就是金山銀山”的觀念深入人心。城市化進程的加快，使得傳統的雨水管理模式經常會出現城市洪災、雨水徑流污染、雨水資源浪費、生態環境不穩定等主要問題。因此，目前市場迫切需要一種節能環保的新型雨水回收系統。

1.2 ?應用優勢

現有的雨水回收系統往往采用棄流法拋棄前期雨水，而人工智能算法能更精確地識別合適的徑流量和棄流量。本項目采取的方式可以減少不必要的雨水浪費，提高雨水利用及循環效率，通過圖像智能識別判斷雨量大小，根據所在地天氣智能判斷主動式雨水回收設備的運行及功率。

優化后系統與監控識別設備進行結合，通過機器學習判斷雨量集聚情況，給市政部門提供道路檢修及居民區雨水回收建議。從理念上追隨時代潮流，滿足人民需求，發展綠色理念。

1.3 ?國內外水資源利用現狀

聯合國教科文組織公布的《世界水資源開發報告》指出，全球用水量在20世紀增加了6倍，增長速度是人口增速的兩倍，許多國家都面臨用水緊張的局面。水資源開發和利用受到水資源條件、自然環境以及社會經濟發展水平等因素影響。

目前，國內很多大型城市都已提出并施行相應政策，例如，海綿城市建設。2013年12月，習近平總書記在中央城鎮化工作會議上提出：建設自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。2014年11月，住建部發布《海綿城市建設技術指南》，促進建立科學完善的城市水循環系統。2015年10月，國務院辦公廳出臺《關于推進海綿城市建設的指導意見》，提出通過海綿城市建設，最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響，將70%的降雨就地消納和利用。2017年，李克強總理在政府工作報告中明確了海綿城市的發展方向，讓海綿城市建設不僅限于試點城市，而是所有城市都應該重視這項“里子工程”。

2 ? ?雨水回收利用優化系統的社會效益分析

2.1 ?國內環保活動情況

習近平總書記提出“兩山論”：綠水青山就是金山銀山，號召建設資源友好型社會，倡導可持續發展觀念，將環保意識深入到每個公民心中。

2016年8月27日，螞蟻金服面向旗下支付寶平臺的用戶正式上線了“螞蟻森林”。用戶在“螞蟻森林”頁面注冊、開通賬戶后，日常生活中的低碳減排行為將自動被測算為個人碳減排量。新穎的能量累計方式深入人心，每天的走路步數、乘公交車等環保行為都被量化成了能量收入，讓參與者可以直觀感受到正反饋過程，并開發螞蟻種樹功能，讓每個支付寶用戶都參與到環保公益活動中。

2020年3月22日是第28屆世界水日，國內也響應國際號召，在3月22—28日舉辦第33屆中國水周。今年，我國紀念世界水日和中國水周活動的主題是“堅持節水優先，建設幸福河湖”，提醒人們節約用水，建設造福人民的幸福河，走人水和諧的綠色發展道路。

號召與意識需要長期培養，個人的努力畢竟有限，在促進環保發展、提高社會效益的過程中，應該意識到如果忽視雨水這一大自然的“饋贈”，無疑是另一種程度上的鋪張浪費。因此，雨水回收系統的優化與社會效益的分配優化起到了互補互通的作用。

2.2 ?雨水回收利用優化系統對水資源再分配的社會效益

降水量是一定時間內降落到水平面上，假定無滲漏、不流失、不蒸發而累積起來的水的深度，是衡量一個地區降水多少的數據，單位為mm。常用年降水量來描述該地氣候，是除氣候類型之外的一個重要指標，并用等降水量線來劃分各個干濕區域。

雨水徑流收集量的具體計算公式為：

W=10×ψc×hy×F

式中，W為降雨徑流總量（m3），ψc為流量徑流系數，hy為降雨量（mm），F為匯水面積（ha）。如果收集面積在10 000 m2，年降雨量在1 000 mm，徑流系數取0.8（如以屋面收集為主，兼顧部分硬質地面雨水，故徑流系數取0.8），初雨拋棄量2 mm，每年按50場雨計算，每年可收集到雨水大約7 200 m3。

文章對河南省2017年部分城市與全省年均降水量（見表1）做具體切入分析，可知，除日常節水減排之外，通過雨水回收系統進行水資源的優化利用，即使回收效率不可能做到100%，甚至是維持在較低水準，但在如此巨大的基數下，每年可通過雨水回收處理節約的水資源仍是一個非常可觀的數字。

河南省總占地面積16.7萬平方千米，按2017年數據給出的年均降水量計算，每年落在河南省境內的雨水約有1 286億噸，根據2010年降水量數據，我國境內每年獲得的降水資源量是6萬億噸。排除無法安裝雨水回收系統與本身系統的回收效率問題，累計的雨水量依舊可以提供巨大的社會效益。

河南作為糧食大省、人口大省，對水資源的需求程度不言而喻，灌區缺水也是多年來困擾該省以及全國的問題。對雨水回收系統進行優化處理，可以進一步提高資源的優化配置效果，在各地區除卻依靠南水北調工程外，強調自身環境氣候的利用，起到與風力發電站類似的對社會效益有明顯提高的作用。

3 ? ?現有雨水回收系統存在的問題及優化

3.1 ?棄流裝置存在的問題及優化

雨水棄流全稱為雨水初期棄流，主要應用在雨水收集利用系統中。初期降雨時，前2～5 mm的雨水一般污染嚴重，流量也比較小。首先，在流經初期棄流過濾裝置時，在重力作用下，雨水通過低位敞口的排污水管排放掉;其次，雨量增大后，落在擋板上的壓力增大，位于排污管上端的浮球在水流壓力的作用下將排污管關閉，桶中液位升高，雨水通過水平的過濾網過濾后流向出水口并收集。

怎樣精確判斷過濾排污的時間是需要思考的問題，即在何種雨量下打開過濾裝置、如何較為精確地劃分清水與污水，僅依靠重力的作用來反映，實際上是粗略且難以把控的。本研究主要的優化點在于利用人工智能算法更精確地識別合適的徑流量和棄流量，減少不必要的雨水浪費，提供雨水利用及循環效率。同時，通過圖像智能識別判斷雨量大小，根據所在地天氣智能判斷主動式雨水回收設備的運行及功率。

3.2 ?安裝雨水回收系統的問題及優化

在海綿城市的倡議及每個城市的自身需求作用下，全國各城市都陸續開始進行可持續發展方面的建設，對雨水回收系統進行設計與安裝，但如何精準地安裝在收集降雨量較多、凈水量較多以及不對日常生活造成困擾的地方，成了一個難題。

在人工智能優化后期，可以將設備與監控識別設備結合，通過機器學習判斷雨量集聚情況，給市政部門提供道路檢修及居民區雨水回收建議。實現智能運用與人工處理相結合，大大提高了運轉回收及項目修正的效率，有效解決了上述問題。

4 ? ?結語

目前，我國面臨日益嚴重的飲用水及工業用水短缺以及廢水不能得到有效處理的問題，與此同時，部分地方較為充沛的降雨卻往往無法合理回收、利用，水資源利用效率較低。本項目在一定程度上提高了雨水的回收利用率，希望降低特定地區居民用水難度，為居民提供更為清潔的生活用水，切實解決問題。

[參考文獻]

[1]住房城鄉建設部.關于印發海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建（試行）的通知[EB/OL].（2014-10-22）[2020-05-20].http：//www.mohurd.gov.cn/wjfb/201411/t20141102_219465.html，

[2]祝運海.螞蟻森林：用“好玩”做環保公益[N].中國經營報，2020-03-16（C06）.

作者簡介：盧英魁（1999— ），男，回族，河南鄭州人，本科生;研究方向：金融。