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水位记录仪作为监测雨水控制措施的低成本工具
作者:管理员    发布于:2018/9/18 11:30:45   访问量:(1531)

水位记录仪作为监测雨水控制措施的低成本工具

摘要:雨水控制措施是城市化进程中流域健康的重要组成部分。在雨季事件中,SCM用于增加渗透和减少排放到溪流或暴雨下水道系统。对于SCM的设计和故障原因的评估,监控非常重要。然而,监测费用意味着它并不总是包括在雨水控制规划中。本研究显示如何使用低成本的水位记录仪来回答关于SCM性能的某些问题。提出了五个案例研究,使用水位记录仪来评估盆地溢流,比较传统的风洞管道与渗透沟槽,监测蓝色屋顶储存时间,显示改造盆地的效果,并提供长期性能数据。水位记录仪可用于回答关于雨水溢流时间和位置的问题,有助于评估单片机的有效性。如果需要更详细地评估一个网站,可以使用更昂贵的监控和建模作为跟踪。然而,低成本监控可以是识别需要改进或附加监控的站点的第一步。

介绍
控制雨水径流对流域健康至关重要。增加的渗透有助于减少由于增加的不透水表面积而威胁流动的水量和污染物负荷[1]。随着城市中心的扩建或改造,可持续发展设计通常取决于包括雨水控制在比自然系统更少的空间中更有效地渗透水[2]。使用各种雨水控制措施(SCM)来增加雨水中的渗透,并减少排放到溪流或雨水管道系统[2,3]。雨水盆地是捕获雨水的最常见方法之一,有几种不同的设计方法[4-6]。一些盆地包括具有穿孔管道和砾石储存水的地下保留室,而有些则使用天然土壤或填充物。一些盆地包括湿地植物,以帮助保留水分,有些盆地在风暴之间干燥,而许多地方则草地播种。这些盆地的大小取决于预期的捕获面积;例如,在费城以外的Valley CreekWatershed的一个100个盆地的调查发现大小为2.6? 10􀀀3km2到11 km2 [7]。通常有一个入口管道和一个出口管道或多个入口,将水从铺设区域吸入盆地,然后延迟释放到城市排水口。除了捕获地表排水之外,屋顶排水需要SCM。虽然屋顶排水可以管道到雨水盆地,但有时候使用绿色或蓝色的屋顶来减少建筑物的雨水排放。绿色屋顶使用植物帮助将水储存在屋顶上。设计考虑包括低成本工厂维护和屋顶稳定性。蓝色屋顶在没有植物的防水膜上存放水,而是使用止回阀来减缓屋顶顶部的排放速率[8]。需要具有良好稳定性的平屋顶。当空间更加有限时,使用较小的雨水沟[5,9]。这些设计采用砾石围绕的储存管道,一个入口
和出口,但尺寸较小 - 通常为一米或两宽,长为2-10米。可以在建筑物,沿道路和停车场护堤之间使用沟槽。
尽管自20世纪90年代以来,SCMs的使用量有所增加,但是当雨水控制条例变得越来越普遍时,监测其有效性通常不是设计的一部分[2,10,11]。不幸的是,这种监测不是标准的,因为雨水控制措施可能由于各种原因而失败。系统由于设计故障[12]可能会太快释放水,不能因堵塞而渗透或随时间的减少渗透[7,9],并允许释放出关注的化学物质[13,14]。如果这些失败可以通过修理或改进的设计来防止,那么花在雨水控制上的美元会更有效。
监控对于评估设计问题以及SCM故障的原因很重要。将仪器添加到SCMs中,以评估储存雨水的能力,并监测流入和流出以计算水资源预算[15-17]。需要雨量计来表征现场规模的风暴。流量计,水位测井仪和土壤湿度传感器通常用于跟踪水流[11]。如果需要聚集流出的堰,或者要测量土壤水分或水位的传感器需要埋在SCM中,仪器可能需要建立在初始设计中[9,15,17]。进行长期监测以评估潜在的堵塞渗透盆地 - 一个常见问题[9,12,14]。在某些情况下,实施流量监测来评估SCM对流域的影响[18,19]。模型和径流捕获计算都需要仔细评估
的土地利用和设计规范。然而,由于额外的成本,监控往往不包括在内。成本包括施工变化,包括监测和附加地表特征,如土壤性质[9,15]。通常,需要监测治疗列车[11,15,16]中的多个出口和入口或多个结构,这增加了成本。虽然模型可用于评估集水区水文,但需要流量计站来校准模型。如果测量站尚未到位,则安装成本超出了单个项目的预算。
SCM监测中最昂贵的组成部分是水质评估。可能需要分析各种各样的化学品[11],这可能是昂贵的,并且样品收集需要自动采样器或劳动密集型监测。水质监测通常取决于并行流量监测来评估负荷。
一些与物理性能(而不是水质)相关的雨水控制问题可以通过低成本监测技术来解决。虽然低成本监控不能提供关于性能的定量信息,但它可以是一个初步的筛选工具,可以监控更多的项目。必要时,可以进行更高成本,更详细的监测的后续行动。本文回顾了适用于低成本监控的项目类型和问题。


2。材料和方法
用水位记录仪进行监测,以回答有关各种单片机的有效性的问题。使用HOBO压力传感器(4米范围,0.3厘米精度)测量水位。安装了一到三个水位记录仪,并以15分钟的间隔收集数据。水位记录仪成对安装,以评估风暴响应的时间和大小。
还需要一个额外的气压记录仪来校正大气压力变化的水位数据。雨量数据来自在线报告的附近气象站或现场安装了雨量计。包括三台记录仪,软件,计算机连接器和雨量计的监测系统只需1,750美元,使用Onset HOBO水位测井仪(每台300美元)和雨量计(每台420美元)。附近的地点可以分享雨量计和气压记录仪。水位记录仪还包括一个温度传感器,有时提供有关暴风雨的附加信息。
劳动力成本不包括在监测预算中,根据站点数量,位置,下载数据的频率和持续时间,它们可能变化很大。然而,下载和处理数据需要相对较少的培训(本科生在本文描述的大多数项目中执行实地工作)。
为这个项目选择的五个地点都在费城或其郊区,在城市环境中,雨水损害了当地的溪流。在这个城市,雨水造成了下水道排污口的溢流,城市正在实施一个大型的绿色基础设施实施方案来减少溢流。在郊区,不透水的表面覆盖层导致大部分河流受损。在本文总结的研究中,监测了三个植被盆地,一个停车场渗水沟,一个停车场渗透室和一个蓝色屋顶。城内有两个SCM,三个SCM站点在城外。记录器的具体位置,监测的持续时间以及所处理的问题在下面针对每个病历进行描述。站点描述不包括捕获区域或SCM设计的详细图。低成本监控的要点之一是不包括捕获区域分析或设计能力计算,而是使用水文图来补充关于雨水如何通过系统移动的轶事信息

3.结果
3.1。两个雨水滞留盆地的溢流比较场地一个包含安置在寺庙大学郊区的两个相邻的雨水盆地。一个盆地从屋顶接收水,并从附近的路面接收地表径流。
这个7.5米直径的盆地有站立的水和湿地植物。观察到水被溢出湿地,形成一个小沟。沟渠中安装了水位记录仪,记录了水被溢出湿地的频率,并对风暴事件进行了一年监测。
第二盆地从铺设区域接受地表径流,然后将其通过35米长的曲折通道转移到种植有树木和草地的小凹陷(约7.5×10米)。
这种抑郁症可以池塘,但通常是干燥的。再次,在盆地一端形成的沟渠转移溢流,并将水位记录器放置在溢流沟中并监测一年。
在秋季,每天下雨超过0.1厘米的9次风暴中,除了其中一个风暴外,湿地全部溢出(图1)。对于具有蜿蜒通道的流域,只有五个风暴溢出盆地,反应较小(图1)。湿地一侧的护堤不够高,导致溢流,即使是小风暴。湿地设计不足以储存被捕获的雨水。相比之下,沿着蜿蜒的通道和植被抑郁症的渗透可能会减少该盆地的溢流。观察到岩石在通道中的放置,以减缓暴风雨期间雨水的流动。夏季和春季观察到类似的反应对比,但冬季数据并没有考虑到雪情况,因此将溢出与风暴事件联系起来更加困难。


图1.两个滞留盆地水位突出显示的雨水溢流比较:一个蜿蜒通道,一个有湿地。湿地的基线向下移动0.08米,以显示相同情况下的反应。

这个例子表明,低成本监测可以量化观察到的沟渠溢流的频率。监测也对比两个站点之间的设计差异,这导致在渗透较少的地点的盆地溢流增加。
3.2。盆地改造前后监测
雨水盆地通常不能渗透,因为割草压实土壤,或因为入口和出口连接良好,水没有足够的储存时间。两个问题都降低了场地二号对沃灵顿乡大厦财产的流域效力。盆地被修剪,混凝土轨道从入口结构到出口结构(图2a)。为了改善渗透,通过去除混凝土轨道改进盆地,深化约0.3米到达浅水台,并种植不需要割草的湿地植被(图2b)。
水2016,8,346 4/10这个例子表明,低成本监测可以量化观察到的沟渠溢流的频率。监测也对比两个站点之间的设计差异,这导致在渗透较少的地点的盆地溢流增加。

3.2。 盆地改造前后监测
雨水盆地通常不能渗透,因为割草压实土壤,或因为入口和出口连接良好,水没有足够的储存时间。 这两个问题使沃灵顿乡大厦财产的二期流域效应降低。 盆地被修剪,混凝土轨道从入口结构到出口结构(图2a)。 为了改善渗透,通过去除混凝土轨道改造盆地,加深约0.3米到达浅水台,并种植不需要割草的湿地植被


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