基于物联网的雨水收集系统优化问题探析

曾军　吕涛

摘 要：针对传统雨水收集系统的一些不足，提出了一种基于物联网的雨水收集系统解决方案，并详细分析了其优化结果。优化结果证实了所提方法的有效性。

关键词：物联网；传感器；雨水收集系统；优化

中图分类号：TP272 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）12-00-02

0 引 言

目前，现有的雨水收集处理装置大多采用被动收集方式，人们对雨水收集过程缺乏控制，因此如何有效的对现有传统雨水收集系统装置进行优化处理就显得尤为重要。

本文针对现有传统雨水收集系统装置的一些不足，提出了一种基于物联网的雨水收集系统优化解决方案。此优化方案利用自动化控制技术、传感器技术及网络通信技术等以实现远程监视、自动报警、诊断和维护等功能，进而实现“管理、控制、运行”一体化解决方案。

1 现有传统雨水收集系统缺陷分析

通过相关调研发现，现有传统雨水收集系统主要存在以下不足：

（1）需要组合使用。在资源利用过程中会造成大量人力、物力、财力的投入，但收效甚微。

（2）对雨水的处理过程较为粗略。以物理处理方式为主，以微少化学处理流程为辅，并且处理后水质监测装置较少，因此会造成水中总会有微量化学药剂的存在，会产生一定的副作用。

（3）对水资源缺乏细致的分类。一套流程处理不同的水质，就会造成处理过程严谨化缺失，水质净化的指标保证体系缺乏制度化的规定。

（4）缺乏功能检测装置。现有传统雨水收集系统只适合小范围使用，且设备的处理量较大，这会导致装置加速老化，但鲜有人能够及时发现系统的老化并更新系统。

（5）缺少必要的水质监测预警环节。如水质等级预警、系统老化预警、水质处理进度预警、水质监测等。

（6）反应时效性较差。主要原因在于系统开放性较低，一旦发生故障需要大量的人员及时进行维护。

（7）雨水无法真正被人们广范利用。

2 基于物联网的雨水收集系统方案

针对现有传统雨水收集系统装置存在的一些不足，本文提出了一种基于物联网的雨水收集系统优化解决方案。利用物联网技术，将多种传感采集模块与雨水收集系统装置相结合，组建无线传感器网络，通过多种传感器技术（如污染物浓度传感器、水位监测传感器等）完成收集区域内雨水污染程度和降雨量的监测，并将监测数据通过无线传感器网络上传至数据监控中心进行后续信息处理；采用分级处理机制，根据雨水的污染程度和降雨量将其划分为四个等级：正常情况、轻度污染情况、重度污染情况以及暴雨情况，制定不同的雨水处理措施，实现对雨水资源的高效利用。

根据《城市雨水径流复合介质多级过滤技术研究》中关于雨水所含物质鉴定实验，水质以及其用途的划分标准如表1所列。

如果是自然降雨，经过本雨水收集系统监测处理后发现：当其水质各项指标与车辆冲洗用水水质对应指标相比更低时，则其为一级雨水；当雨水水质各项指标在道路清扫与建筑施工用水水质指标之间时，则其为二级雨水；当雨水各项指标高于建筑用水时可视为三级雨水，需要经过多层处理方可使用。

不同于传统雨水收集装置，本优化方案中雨水收集装置的过滤系统除了感应阀门装置外，还包括两层过滤网：一层为普通的过滤网（一般可以去除>2.5 mm的杂质）；二层为深度过滤网，针对二级雨水使用，该层过滤网可以将超出指标的污染物或浑浊物进行二次的溶解和沉淀，起到高效过滤雨水的作用。

3 方案优化结果分析

3.1 变被动收集为智能化收集

基于物联网的雨水收集系统优化方案利用多种传感采集模块与雨水收集系统装置相结合，组建无线传感器网络，通过多种传感器技术（如污染物浓度传感器、水位监测传感器等）完成收集区域内雨水污染程度和降雨量的监测，并将监测数据通过无线传感器网络上传至数据监控中心进行后续信息处理。与传统雨水收集系统相比较，优化方案在收集雨水的同时实现了雨水相关参数的检测分析，并根据系统预设参量实现了雨水的智能化分级处理机制，改变了过去被动式的集水、排水模式。

3.2 收集效率的提高

基于物联网的雨水收集系统优化方案采用分级处理机制，利用多传感器处理技术，根据雨水的污染程度和降雨量将其划分为四个等级：正常情况、轻度污染情况、重度污染情况以及暴雨情况，制定不同的雨水处理措施，从而提高雨水收集处理效率和质量，提高雨水净化强度。

正常情况下无需开动阀门开关，过滤后将进入蓄水区；当出现轻度污染情况时，过滤装置将开启二层过滤网阀门，两次过滤后再进入储蓄区域；如果出现重度污染情况，就将雨水直接排入废水管道；要是遇到暴雨情况，就需要进行紧急处理，收集到的雨水会直接进入蓄水区2，等水位下降时，再进行上述步骤。

3.3 增加数据维护功能

由于传统雨水收集系统中未结合智能网络技术，众多有关降雨量及雨水总杂质含量的数据未能通过技术手段保留下来。系统优化方案可以利用物联网技术的特性，将得到的雨水收集数据上传至系统数据库，后续还可以对数据进行进一步的挖掘和研究，如预测未来雨水含量走势及通过分析雨水中所含杂质的比例对环境治理提出合理建议。

3.4 有利于可持续发展

与传统雨水收集系统相比，引入新技术设备之后，虽然单个系统成本有所提高，但是从社会效益及长期成本控制的角度来看，技术革新与设备改进是可持续发展的必要选择。如果收集到的雨水水质较好，通过过滤即可完成雨水的处理，其处理成本比较低，每立方米约为1元。这就与普通的生活废水等污水的处理形成了鲜明的对比，后者每立方米的处理成本为3～5元。所以，基于物联网的雨水收集系统优化方案将大大减少重复性的人力、物力操作，节约了人力物力成本。

3.5 提高雨水使用便利性

基于物联网的雨水收集系统扩大了处理后雨水的使用范围。通过传统的物理过滤方法及化学物质的分步反应，雨水中的一些有害物质和杂质以沉淀的形式被分离出去，使得处理后雨水的各项指标在可用水质的指标范围之内。雨水使用具体可以分为室内用水和户外用水两大类。室内用水主要用于冲洗厕所、浇花及清洁用具；户外用水主要用于室外绿化园地灌溉、洗车及夏季街道洒水降温等。除此之外，将基于物联网优化之后的雨水收集系统运用于城市雨水收集环节，结合其通用功能（净化、渗透），促进路面雨水通过地下管道排入沿途大型蓄水池或通过渗透作用补充地下水，以此来维持自然生态平衡的活水循环，为实现生态小区和生态城市奠定了坚实的基础。

4 结 语

本文作者针对现有传统雨水收集系统装置的一些不足，提出了一种基于物联网的雨水收集系统解决方案，详细分析了其优化结果，可对今后雨水收集利用项目的开展提供借鉴，具有一定的积极意义。

参考文献

[1]孟岩，方斌，崔丹，等.北京市在建房地产项目雨水收集与利用系统优化设计方案探讨[J].中国水土保持， 2014（1）：33-36 .

[2]马朝.浅谈物联网技术在水文监测信息系统中的应用[J].中国水利，2015（17）：49-51.