雨水徑流智能采樣器

　　天然降雨自動采樣器

　　每(mei)到雨(yu)季，“城(cheng)市(shi)看海”的(de)內澇景象便時不時上演，即便北京、上海、天津等大城(cheng)市(shi)也不能幸(xing)免；雨(yu)季一過，不少缺(que)水(shui)的(de)北方城(cheng)市(shi)又會因為(wei)降雨(yu)稀少而(er)“喊渴”……寒來(lai)(lai)暑往，城(cheng)市(shi)越來(lai)(lai)越大，發(fa)展也越來(lai)(lai)越快(kuai)，有沒(mei)有辦法可以讓(rang)城(cheng)市(shi)在面對(dui)強降雨(yu)時更加(jia)從容(rong)，并且(qie)能對(dui)雨(yu)水(shui)進行動態管(guan)控善加(jia)利用？

　　日前，北(bei)京市水(shui)(shui)(shui)(shui)科學技(ji)術(shu)研(yan)究院(yuan)(yuan)（以下(xia)簡稱水(shui)(shui)(shui)(shui)科院(yuan)(yuan)）一項名為(wei)“城市地(di)表(biao)徑流減控與面源(yuan)污(wu)(wu)染(ran)削減技(ji)術(shu)研(yan)究”的(de)國家“十二五”水(shui)(shui)(shui)(shui)污(wu)(wu)染(ran)防治(zhi)重(zhong)大(da)(da)專項課(ke)題(ti)完成(cheng)驗收(shou)并開始推廣應(ying)用。該研(yan)究瞄準了國內大(da)(da)多數城市面臨的(de)雨(yu)季內澇積水(shui)(shui)(shui)(shui)頻發(fa)和水(shui)(shui)(shui)(shui)體徑流污(wu)(wu)染(ran)嚴重(zhong)的(de)痛點(dian)，為(wei)解決城市內澇，實現雨(yu)水(shui)(shui)(shui)(shui)最大(da)(da)化利用帶來了新的(de)技(ji)術(shu)和希(xi)望。

　　采樣“神器”讓雨水測量省時省力

　　“城(cheng)市地表徑(jing)流減控與面源污染(ran)削(xue)減技術(shu)研究”，針對這一技術(shu)稍顯拗口的(de)名字(zi)，水(shui)科院副總工程(cheng)師、課題(ti)負(fu)責(ze)人張書函介(jie)紹說：“我們的(de)研究其實是一個(ge)綜合應用系統，核心技術(shu)成果包括城(cheng)市降(jiang)雨過程(cheng)與時(shi)空(kong)特征定(ding)量(liang)(liang)表達(da)方(fang)法(fa)、不同(tong)地表空(kong)間(jian)類(lei)型及(ji)調控措施干預下降(jiang)雨徑(jing)流水(shui)量(liang)(liang)水(shui)質定(ding)量(liang)(liang)計算方(fang)法(fa)等8項技術(shu)。”8項技術(shu)將整個(ge)系統串聯(lian)起(qi)來，組(zu)成了城(cheng)市雨水(shui)動態管控、調蓄的(de)新法(fa)寶。

　　在水(shui)(shui)科院(yuan)，記(ji)者看到(dao)了張書函(han)最(zui)為(wei)寶貝(bei)的(de)(de)“神器(qi)”——天(tian)然降(jiang)(jiang)(jiang)雨(yu)自動采(cai)樣器(qi)與(yu)雨(yu)水(shui)(shui)徑(jing)流智能(neng)采(cai)樣器(qi)。天(tian)然降(jiang)(jiang)(jiang)雨(yu)自動采(cai)樣器(qi)如(ru)(ru)餐桌大小，由不銹鋼制成，分上下(xia)兩層(ceng)，上面一(yi)層(ceng)猶如(ru)(ru)一(yi)個(ge)(ge)(ge)下(xia)沉(chen)的(de)(de)大漏斗，通過環繞的(de)(de)管道連(lian)接到(dao)二層(ceng)，管道下(xia)方規則地(di)連(lian)接了多(duo)個(ge)(ge)(ge)白(bai)色的(de)(de)水(shui)(shui)壺，管道末端是一(yi)個(ge)(ge)(ge)圓形的(de)(de)儲(chu)水(shui)(shui)桶。“別看樣子普(pu)通，功能(neng)卻很強大。”張書函(han)介紹說，以往(wang)雨(yu)水(shui)(shui)采(cai)集(ji)(ji)(ji)多(duo)靠單個(ge)(ge)(ge)容器(qi)，只能(neng)采(cai)集(ji)(ji)(ji)計(ji)算(suan)最(zui)終降(jiang)(jiang)(jiang)雨(yu)量(liang)，誤差較大。而天(tian)然降(jiang)(jiang)(jiang)雨(yu)采(cai)集(ji)(ji)(ji)器(qi)，猶如(ru)(ru)一(yi)條人工設置的(de)(de)小河，雨(yu)水(shui)(shui)通過漏斗截面落(luo)下(xia)，順著(zhu)管道流淌，一(yi)個(ge)(ge)(ge)一(yi)個(ge)(ge)(ge)逐一(yi)裝(zhuang)(zhuang)滿每個(ge)(ge)(ge)儲(chu)水(shui)(shui)壺，剩(sheng)下(xia)的(de)(de)最(zui)終匯集(ji)(ji)(ji)到(dao)末端的(de)(de)水(shui)(shui)桶。不僅可以準(zhun)確地(di)計(ji)算(suan)降(jiang)(jiang)(jiang)雨(yu)量(liang)，通過每個(ge)(ge)(ge)儲(chu)水(shui)(shui)壺裝(zhuang)(zhuang)滿溢出時間長短，還可以清(qing)楚地(di)記(ji)錄觀(guan)察(cha)降(jiang)(jiang)(jiang)雨(yu)過程(cheng)中不同時段的(de)(de)雨(yu)勢強弱和雨(yu)量(liang)。把這些數據導入模型，就可以清(qing)晰(xi)地(di)分析(xi)觀(guan)察(cha)每一(yi)場降(jiang)(jiang)(jiang)雨(yu)的(de)(de)全過程(cheng)。

　　天然降(jiang)雨(yu)自(zi)動采樣(yang)(yang)器(qi)(qi)首(shou)次實(shi)現(xian)了(le)對降(jiang)雨(yu)全過程的觀測(ce)記錄，而雨(yu)水徑(jing)(jing)流(liu)(liu)(liu)(liu)智(zhi)能采樣(yang)(yang)器(qi)(qi)本(ben)領(ling)也(ye)非常強大。它首(shou)次精(jing)準測(ce)量，并(bing)形成(cheng)(cheng)了(le)降(jiang)雨(yu)地(di)(di)(di)(di)表徑(jing)(jing)流(liu)(liu)(liu)(liu)自(zi)動觀測(ce)記錄：起止時(shi)(shi)間、徑(jing)(jing)流(liu)(liu)(liu)(liu)流(liu)(liu)(liu)(liu)量、流(liu)(liu)(liu)(liu)速，甚(shen)至還可以自(zi)動分(fen)析徑(jing)(jing)流(liu)(liu)(liu)(liu)水質(zhi)。記者注意到(dao)，這個(ge)像平(ping)(ping)板推車的裝置，底座(zuo)鏤空，架子上整齊(qi)地(di)(di)(di)(di)排列著3個(ge)太陽能電池(chi)板，為(wei)儀(yi)器(qi)(qi)工(gong)作提供電源。底座(zuo)上布置了(le)長方形的儀(yi)器(qi)(qi)工(gong)作倉(cang)，里(li)邊整齊(qi)地(di)(di)(di)(di)布局(ju)著天然降(jiang)雨(yu)水力驅動分(fen)時(shi)(shi)自(zi)動采樣(yang)(yang)器(qi)(qi)、水質(zhi)分(fen)析記錄儀(yi)、流(liu)(liu)(liu)(liu)速測(ce)定(ding)儀(yi)等設備，儀(yi)器(qi)(qi)設備通(tong)過探(tan)頭(tou)(tou)與外界相接，一旦(dan)雨(yu)水形成(cheng)(cheng)地(di)(di)(di)(di)表徑(jing)(jing)流(liu)(liu)(liu)(liu)，探(tan)頭(tou)(tou)捕捉到(dao)信息，可迅速采樣(yang)(yang)分(fen)析，通(tong)過無線(xian)通(tong)訊(xun)系統，第一時(shi)(shi)間傳輸回(hui)來。“有了(le)它，即使半夜三更下大雨(yu)，也(ye)不用人工(gong)跑現(xian)場(chang)采樣(yang)(yang)了(le)，省(sheng)時(shi)(shi)又省(sheng)力。”張書函說，他們的發明不僅可以部署(shu)到(dao)平(ping)(ping)時(shi)(shi)人員稀少(shao)的河道，還特別(bie)適合部署(shu)到(dao)城(cheng)市近郊的山區河流(liu)(liu)(liu)(liu)和易積水地(di)(di)(di)(di)區。

　　“漏斗”式調蓄高效利用雨水

　　為防止內(nei)澇影響城(cheng)市秩序，雨季(ji)積水(shui)需要快速排(pai)瀝；而到了雨水(shui)稀少的(de)(de)季(ji)節，城(cheng)市綠化(hua)和景觀等又需要消耗(hao)大量的(de)(de)水(shui)資源。一出一進，降水(shui)沒有得到最(zui)大化(hua)的(de)(de)調蓄和利用。有沒有辦法實現雨水(shui)的(de)(de)動態(tai)調蓄，既不形成(cheng)內(nei)澇，又能增加城(cheng)市的(de)(de)蓄水(shui)呢？

　　在張書(shu)函(han)等(deng)人(ren)的研究成(cheng)果里，記者(zhe)看到(dao)了答案：往系統里輸(shu)入一(yi)(yi)個降雨(yu)(yu)(yu)(yu)過程和(he)地(di)(di)理(li)數(shu)據，按(an)照規劃和(he)防汛(xun)要求標準，根據設(she)計(ji)需要，系統很快就自動(dong)計(ji)算，并給出該區(qu)域一(yi)(yi)段時(shi)間內雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)徑(jing)流(liu)(liu)變化(hua)(hua)(hua)趨勢。模(mo)擬(ni)系統里，雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)滴落在城(cheng)市的屋(wu)頂(ding)、路(lu)邊草叢，匯成(cheng)涓涓細流(liu)(liu)，最(zui)(zui)終(zhong)流(liu)(liu)進雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)井，通過管(guan)道(dao)，排(pai)進城(cheng)市景觀(guan)河(he)道(dao)、濕(shi)(shi)地(di)(di)湖(hu)泊(bo)。不同(tong)的是，這里雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)徑(jing)流(liu)(liu)是有(you)序可控(kong)地(di)(di)流(liu)(liu)動(dong)。雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)流(liu)(liu)動(dong)，借助(zhu)(zhu)透水(shui)(shui)鋪裝、下凹(ao)綠地(di)(di)、綠化(hua)(hua)(hua)屋(wu)頂(ding)、雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)濕(shi)(shi)地(di)(di)、生物滯(zhi)留槽、植(zhi)草溝等(deng)地(di)(di)表徑(jing)流(liu)(liu)減(jian)控(kong)技(ji)術，下墊面數(shu)字化(hua)(hua)(hua)識別、水(shui)(shui)影響評(ping)價(jia)和(he)內澇風(feng)險(xian)分析技(ji)術，以(yi)及區(qu)域降雨(yu)(yu)(yu)(yu)徑(jing)流(liu)(liu)水(shui)(shui)質(zhi)水(shui)(shui)量綜合模(mo)擬(ni)與耦合分析技(ji)術等(deng)，每一(yi)(yi)環節(jie)都(dou)能(neng)將部分雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)滯(zhi)留，多(duo)余的水(shui)(shui)按(an)照最(zui)(zui)佳的流(liu)(liu)速和(he)流(liu)(liu)量，通過調節(jie)管(guan)、池，綠地(di)(di)和(he)濕(shi)(shi)地(di)(di)、河(he)道(dao)，逐級下泄，實現了梯(ti)次有(you)序排(pai)放(fang)。不僅如(ru)此，借助(zhu)(zhu)生物滯(zhi)留槽等(deng)設(she)施(shi)，延緩雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)排(pai)放(fang)同(tong)時(shi)，還可借助(zhu)(zhu)人(ren)工土(tu)壤和(he)植(zhi)物根系，實現雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)的吸附凈化(hua)(hua)(hua)，這樣最(zui)(zui)終(zhong)排(pai)放(fang)進管(guan)道(dao)和(he)河(he)道(dao)的雨(yu)(yu)(yu)(yu)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)會極大改(gai)善，也(ye)為(wei)城(cheng)市積蓄了大量可利用的清(qing)潔水(shui)(shui)資源。

　　“每一場可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)導致城(cheng)市‘看海(hai)’的(de)(de)(de)大雨(yu)，什么時(shi)(shi)候(hou)是積水(shui)(shui)高(gao)峰？積水(shui)(shui)如何才能快速消退？以(yi)往沒(mei)有(you)一套仿真(zhen)模型，也缺乏足夠有(you)效的(de)(de)(de)數據可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)供清(qing)晰地(di)(di)(di)觀察。如果(guo)把我(wo)們研發的(de)(de)(de)設備(bei)聯成網，部(bu)署到(dao)(dao)位(wei)，那么從降雨(yu)開(kai)始，到(dao)(dao)形成地(di)(di)(di)表徑流，最終到(dao)(dao)雨(yu)水(shui)(shui)排(pai)瀝，都可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)清(qing)晰地(di)(di)(di)追蹤，可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)視化再現。方便科學(xue)地(di)(di)(di)做(zuo)出(chu)決策(ce)調(diao)(diao)度。”說起研究成果(guo)，張書函充滿了自信，“現在的(de)(de)(de)城(cheng)市降水(shui)(shui)來去匆匆，不利于水(shui)(shui)資源(yuan)的(de)(de)(de)利用，未來對城(cheng)市雨(yu)洪防控，要盡可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)能地(di)(di)(di)多(duo)(duo)留下(xia)，做(zuo)到(dao)(dao)‘細水(shui)(shui)長流’。”在這一系統加持下(xia)，城(cheng)市的(de)(de)(de)雨(yu)水(shui)(shui)調(diao)(diao)蓄排(pai)瀝系統猶(you)如一個巨大的(de)(de)(de)“漏斗”，實現了雨(yu)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)科學(xue)滯蓄和(he)梯次排(pai)放。不僅城(cheng)市雨(yu)洪排(pai)瀝會更加科學(xue)，還(huan)可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)實現城(cheng)市雨(yu)洪綜合(he)調(diao)(diao)度存儲(chu)，水(shui)(shui)多(duo)(duo)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)候(hou)，借助(zhu)地(di)(di)(di)下(xia)管廊、溝槽、濕地(di)(di)(di)等分散存儲(chu)，缺水(shui)(shui)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)候(hou)，又可(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)通過管道(dao)把存儲(chu)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)統一調(diao)(diao)度，集(ji)中使用。

　　防洪防澇實戰效果顯著

　　早在2013年，張書函(han)等(deng)人的(de)研(yan)究成果就(jiu)在占地10平方公里(li)的(de)北京未(wei)來科(ke)學城內進行(xing)了集(ji)成試(shi)驗(yan)。跟(gen)蹤監(jian)測驗(yan)證了課(ke)題組的(de)研(yan)究成果，示(shi)范區內5年一(yi)遇以(yi)下降(jiang)雨(yu)外排雨(yu)水的(de)最(zui)大徑(jing)流系數為0.175，徑(jing)流系數比不采取(qu)減控措施(shi)減少(shao)70%。

　　如今，這一研究成果已(yi)在實際(ji)應(ying)用中得(de)到了檢驗(yan)。在北(bei)京、上(shang)海、廣(guang)州(zhou)和(he)鎮江4個城(cheng)市(shi)，該系統已(yi)為城(cheng)市(shi)內澇氣(qi)象風險(xian)普(pu)查、城(cheng)市(shi)內澇模型建立提(ti)供(gong)了數據和(he)決策支撐，在城(cheng)市(shi)排水(shui)防澇工程規劃中得(de)到應(ying)用。

　　江蘇鎮江市政部門借助這一研究技術，對主城區30平方公里范圍內的地表空間類型進行了識別規劃，建立起了“鎮江雨水綜合管控平臺”，成為當地防洪和雨水調蓄的利器。這一研究不僅市政建設管理部門開始應用，而且還吸引了廣州、上海等地房地產開發設計和建筑規劃設計企業的目光。不少企業負責人表示，借助這一技術，企業在做開發前預規劃時，可以節省大量的調研時間，有利于做出更好的匹配選擇，節省了資金提高了效率。（孫(sun)玉松)

【糾錯】

責任編輯： 徐宙超