天然海绵设施积水的实时预警监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种天然海绵设施积水的实时预警监测系统及方法，其中系统中的实时预警监测平台包括设置在海绵设施内设有呈纵向铺设的多级监测单元，多级监测单元的纵向距离呈递减式；每个监测单元包括多路并联的光纤光栅传感器组，单个支路中相邻光纤光栅传感器之间的间距相等，相邻支路之间的距离大于单个支路中相邻光纤光栅传感器之间的距离。本发明专利技术利用光纤传感技术对土壤中雨水下渗速率进行测量，从而间接反映当前城市中天然海绵设施中的积水状况，做出相应预警措施。做出相应预警措施。做出相应预警措施。

【技术实现步骤摘要】
天然海绵设施积水的实时预警监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及海绵城市技术与光纤传感技术，具体涉及一种可以应用于城市天然海绵设施的实时预警监测系统及方法。

技术介绍

[0002]在现如今海绵城市建设过程中，为了实现对雨水的吸、渗、净、蓄四大功能，提高城市内雨水回收利用率，降低洪涝灾害发生的概率。透水混凝土、陶瓷透水砖、综合管廊、下凹式绿地、植草沟等多种基础海绵设施在海绵城市建设过程中被大力推广，使得雨水径流削减率等得到了很大的提高。但是，在实际降雨过程中，下凹式绿地、植草沟等利用天然海绵体对雨水进行吸收利用的海绵设施不能有效发挥设施吸纳雨水的能力，往往导致积水现象时有发生，严重情况时会导致雨水外溢，使得发生道路塌方、滑坡、泥石流等灾害，给居民带来了不同程度的影响。

技术实现思路

[0003]为了实现对城市内天然海绵设施积水的实时监测预警，在天然海绵设施积水现象发生时进行及时响应，减少地表径流，缓解城市内涝，本专利技术提供了一种天然海绵设施积水的实时预警监测系统。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]提供一种天然海绵设施积水的实时预警监测平台，包括设置在海绵设施内设有呈纵向铺设的多级监测单元，多级监测单元的纵向距离呈递减式；
[0006]每个监测单元包括多路并联的光纤光栅传感器组，单个支路中相邻光纤光栅传感器之间的间距相等，相邻支路之间的距离大于单个支路中相邻光纤光栅传感器之间的距离。
[0007]接上述技术方案，每个监测单元中的最外围的光纤光栅传感器与海绵设施边缘之间有一定的间隙。
[0008]接上述技术方案，间隙不少于75cm。
[0009]接上述技术方案，一个监测单元中相邻两个支路之间的间隔不小于1.5m。
[0010]接上述技术方案，每个支路中相邻光纤光栅传感器之间的距离不小于1m。
[0011]接上述技术方案，所述实时预警监测平台设置在赤红壤土层中。
[0012]接上述技术方案，具体设有纵向的三级监测单元，自上而下距离首层覆土分别为18cm、30cm、40cm。
[0013]本专利技术还提供一种天然海绵设施积水的实时预警监测系统，包括土壤渗水监测平台、中控平台、综合显示平台和预警响应平台；
[0014]所述土壤渗水监测平台为权利要求1
‑
7中任一项所述的实时预警监测平台；当城市内发生降雨时，通过多级监测单元测量出土壤中雨水下渗速率，然后输入电脑中控平台；
[0015]电脑中控平台与土壤渗水监测平台连接，并利用互联网获取一定区域当前降雨历
时内的降雨强度信息，电脑中控平台经过分析处理得出当前积水信息；
[0016]综合显示平台与电脑中控平台连接，当判断积水超过一定阈值时，生成预警信息；
[0017]预警响应平台与综合显示平台连接，根据收到的预警信息进行预警。
[0018]本专利技术提供一种天然海绵设施积水的实时预警监测方法，该监测方法基于上述天然海绵设施积水的实时预警监测系统，具体包括以下步骤：
[0019]多级监测单元测量出土壤中雨水下渗速率，然后输入电脑中控平台；
[0020]电脑中控平台根据当前天然海绵设施出现积水时的雨水下渗速率，作为一定降雨强度下积水出现前的雨水极限下渗速率V
I
，以此V
I
为阈值，与土壤渗水监测平台测得的当前雨水下渗速率V
渗
进行比较，以此确定当前积水状况；当V
渗
＞V
I
时，此时雨水下渗速率高于暴雨强度，海绵设施正常工作，发挥径流控制效能；
[0021]当V
渗
＝V
I
时，此时雨水的下渗速率等于暴雨强度，海绵设施正常发挥径流控制效能；
[0022]当V
渗
＜V
I
时，入渗速率低于暴雨强度，在该阶段降雨过程中，土壤中的下渗速度已无法满足当前的降雨强度，海绵设施开始产生表面积水；此时综合显示平台生成积水预警信息，并通过预警响应平台进行预警。
[0023]本专利技术产生的有益效果是：本专利技术利用光纤传感技术对土壤中雨水下渗速率进行测量，多并联支路可以在大部分海绵设施类型中进行应用测量，适合在海绵地区大面积推广，从而反映当前城市中天然海绵设施中的积水状况，便于做出相应预警措施。同时，在土壤纵向多级监测中，有利于决策人员对设施内部不同层级土壤进行准确实时监测，了解各层土壤雨水渗透状况，以得出构筑物整体平均雨水渗透速率。
附图说明
[0024]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0025]图1为土层水下渗速率随时间变化图：
[0026]图2为本专利技术实施例天然海绵设施积水的实时预警监测系统结构示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例的实时预警监测平台铺设示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例的监测系统工作实况图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]为了实现对城市内天然海绵设施积水的实时监测预警，在天然海绵设施积水现象发生时进行及时响应，减少地表径流，缓解城市内涝，利用光纤传感技术对土壤中雨水下渗速率进行测量，从而间接反映当前城市中天然海绵设施中的积水状况，做出相应预警措施。
[0031]对于天然海绵体，土层主要承担着对雨水的渗蓄功能。雨水在入渗土壤过程中存在三个阶段，分别是渗润、渗吸及渗透阶段，在渗润阶段，土壤中的含水量较低，下渗雨水主要受分子力作用；渗吸阶段以毛管力和重力为主，水分在孔隙间做不规则运动，并逐步填充土壤孔隙，直到接近或达到饱和；渗透阶段，在此阶段中，雨水在土壤中含量达到饱和，雨水
依靠重力作用向下运动。根据相关资料显示，天然海绵体中雨水下渗速率随时间变化有一定规律，随着时间的不断增加，天然海绵设施中雨水下渗速率不断降低，最终会趋近于一恒定数值。
[0032]本专利技术实施例的天然海绵设施积水的实时预警监测平台，包括设置在海绵设施内设有呈纵向铺设的多级监测单元，多级监测单元的纵向距离呈递减式；每个监测单元包括多路并联的光纤光栅传感器组，单个支路中相邻光纤光栅传感器之间的间距相等，相邻支路之间的距离大于单个支路中相邻光纤光栅传感器之间的距离。
[0033]进一步地，每个监测单元中的最外围的光纤光栅传感器与海绵设施边缘之间有一定的间隙。本专利技术的较佳实施例中，间隙不少于75cm。
[0034]实时预警监测平台可通过专利申请号CN201810380169.2中对海绵城市海绵设施中天然海绵体的雨水下渗速率的监测方法，利用测量点的折射率温度敏感元件的折射率，从而输出不同信号反映温度的原理，对天然海绵体渗水前后土层温度变化进行监测，在表层与一定厚度的天然海绵设施中铺设传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然海绵设施积水的实时预警监测平台，其特征在于，包括设置在海绵设施内设有呈纵向铺设的多级监测单元，多级监测单元的纵向距离呈递减式；每个监测单元包括多路并联的光纤光栅传感器组，单个支路中相邻光纤光栅传感器之间的间距相等，相邻支路之间的距离大于单个支路中相邻光纤光栅传感器之间的距离。2.根据权利要求1所述的天然海绵设施积水的实时预警监测平台，其特征在于，每个监测单元中的最外围的光纤光栅传感器与海绵设施边缘之间有一定的间隙。3.根据权利要求2所述的天然海绵设施积水的实时预警监测平台，其特征在于，间隙不少于75cm。4.根据权利要求1所述的天然海绵设施积水的实时预警监测平台，其特征在于，一个监测单元中相邻两个支路之间的间隔不小于1.5m。5.根据权利要求1所述的天然海绵设施积水的实时预警监测平台，其特征在于，每个支路中相邻光纤光栅传感器之间的距离不小于1m。6.根据权利要求1所述的天然海绵设施积水的实时预警监测平台，其特征在于，所述实时预警监测平台设置在赤红壤土层中。7.根据权利要求6所述的天然海绵设施积水的实时预警监测平台，其特征在于，具体设有纵向的三级监测单元，自上而下距离首层覆土分别为18cm、30cm、40cm。8.一种天然海绵设施积水的实时预警监测系统，其特征在于，包括土壤渗水监测平台、中控平台、综合显示平台和预警响应平台；所述土壤渗水监测平台为权利要求1
‑
7中任一项所述的实时预警监测平台；当城市内发生降雨时，通过多级监测单元测量出土壤中雨水下渗速...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孟，李嘉炜，张一博，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：