如何做好降雨量监测和分析—智慧排水之乱弹（94）

小编按：雨量监测乍一看和排水管网没啥关系，但是其实是排水管网雨天旱天分析的重要边界条件。通过将雨量、液位、流速、流量乃至水质指标同步分析，可以帮助我们准确描述降雨过程，支持内涝预警、降雨过程入流分析、雨污混接改造效果评估、海绵城市建设效果评估等工作，是排水管网监测必不可少的内容之一。本文做了一些实例分析，供大家参考。

前言：随着智慧城市逐渐从理念到实施落地成为现实，我们居住的城市在市政、管理、交通、政务服务等方面变得更加高效、互联和智能。在智慧排水管理过程中，一方面要获取稳定可靠的前端感知数据，一方面要能够充分挖掘、整合利用数据，本文以降雨监测数据分析为例，进行分析探讨。

好雨知时节，当春天乃发生。又到了春暖花开，万物复苏，商场、景区人从众叕的时候。淅淅沥沥的春雨和后续即将到来的汛期，降雨次数将逐渐增多、雨量逐渐增大，笔者的降雨数据分析工作逐渐也多了起来，正好借此机会谈谈降雨监测相关的工作心得。

在日常生活中，如何去描述一场降雨，每个人都有自己独特的表达方式，这里小编用自己经过九年义务教育模型训练后的真人工智能大脑给大家展示一下：

  准确、细致的描述（监测）一场降雨，对于城市排水管网的设计、诊断、评估、维护具有重要的参考价值。降雨对地表的影响，不仅与降雨总量大小相关，降雨历时和降雨过程同样重要；降雨历时越长，平均降雨强度越低，单位时间内排水系统所需排走的地表径流量越小，降雨产生的内涝积水概率更低。这些边界条件的变化，对排水管网的设计建设和运行管理都会产生影响。

Ø降雨等级划分

根据国家气象局官方网站颁布的降雨等级划分标准，将24小时内降雨量小于10 mm的降雨过程定义为小雨，24小时内降雨量10~25 mm的降雨过程定义为中雨，24小时内降雨量25~50 mm的降雨过程定义为大雨，24小时内降雨量50~100 mm的降雨过程定义为暴雨，24小时内降雨量100~250 mm的降雨过程定义为大暴雨，24小时内降水量大于250mm的降雨过程定义为特大暴雨。以某城市汛期降雨监测为例，通过在线雨量监测获取降雨情况如下所示：

降雨日为整个监测期内自然日的25.93%，非降雨日为74.07%。监测期内降雨多为中雨天气，大雨天气相对较少，且降雨天间隔短。

Ø降雨场次划分

昨天下雨、今天下雨、明天也还下雨，日常生活中我们往往以“天”为单位讨论降雨，这就容易给人一种3天下了三场不同雨的错觉。有没有一种可能，这连续三天的降雨是同一场降雨。早在十八年前，知名音乐家周董便在《七里香》里如是唱到：

“雨下整夜，我的爱溢出就像雨水…”

对于一些降雨历时超过24小时的降雨，会持续产生地表径流，排水管网处于随时待命的加班状态中；还有一些间歇性的降雨，但是间歇时长还不够排水系统缓口气的。此时仍以天为单位去评估排水系统，就显得对排水系统有些不太公平。因此以降雨起止时间、排水系统恢复时间（比如降雨后6小时内管网液位恢复至降雨前）综合划分场次降雨，按照场次降雨对排水系统进行评估更具有实际意义。

降雨发生后会引起污水管网中产生雨水的入流、入渗现象，若存在降雨峰值，降雨雨量比较集中，降雨来临后地表入渗不及时容易造成过多雨水径流，甚至经污水检查井处漫流进污水管道，引起雨水混流现象。

降雨在线监测数据不仅仅能够反映区域降雨情况，结合管网在线监测技术，还能够为我们描绘真实的排水现状。

俗话说得好，东边日出西边雨，道是无晴却有晴，就是描述降雨时空分布不均的典型例子。在排水分区管理中，考核各排水分区范围内的混接率、径流控制率、雨水利用率等各项绩效指标，准确的获取各排水分区内的降雨数据显得十分重要。

根据西城区和东城区在线雨量监测数据，可以看出在仅仅相距8.5公里的情形下，短期内监测到的两城区降雨差值最大可达10.6 mm，也印证了降雨时空分布不均匀分布的特点。

既然降雨分布时空差异显著，那么有没有一种物美价廉的高性价比雨量获取方式。这里的解决方案首先是获取当地气象部门开放的雨量监测共享数据接口（时间精度稍低，能获得的监测数据频次通常为1小时1个），在当地已有的气象监测基础上，然后根据地形、水文、城市建设、排水分区补充在线雨量监测点（以均匀性为原则，每4-6km²布设1个雨量在线监测点），可获得分钟级降雨过程数据。THWater系列的TWR雨量在线监测仪构造科学合理、安装灵活方便、稳定性可靠性高、物美价廉，在节省资金的前提下可有效提高降雨监测的覆盖度和时间分辨率。

降雨形成的大量地表径流进入排水管网中，会导致管网的流量和液位快速上升，形成降雨-流量/液位上升响应，根据此特征即可直观、简洁的识别排水系统中的管网混错接现象，亦可帮助我们定位发生管网混错的管段区间位置。同时也能看出降雨停止后，管网内的液位工况恢复至降雨前需要更多的时间，即降雨影响的滞后性。其中将降雨数据和液位、流速、流量数据在一个曲线视图中同步展示，可以清晰描述这一个过程，如下图所示：

海绵城市建设中运用“渗、蓄、滞、净、用、排”措施，雨水可以在绿地中得到有效净化和自然下渗，变雨水为资源有效利用。直观的验证海绵城市建设效果，可以通过在海绵设施处安装雨量计和流量计，通过监测数据可以直观的验证海绵工程实施：1、降雨径流产生时间延长，2、降雨径流外排量减少，地块降雨径流控制率提高。雨量和流量的同步监测数据，也是海绵城市建设核心指标“年径流总量控制率”评估的必要数据依据。

在一些城市雨污分流改造工程中，存在一些改造不彻底，水体返黑臭、污水厂进水浓度不达标、污水收集率仍偏低的情况。在一般的工程验收环节，雨水混接污水可以较为简单、明显的验证，污水混接雨水的改造效果往往需要大量的人力和化验数据才能验证，并且由于缺乏持续性的监测管理手段，很难保证长效的雨污分流改造效果。

以在线雨量、液位、流速、流量同步监测为依据的分流工程效果评估中，持续性的雨量监测可以提供旱雨天区分、场次降雨信息，结合流量数据可以分析降雨入流入渗情况，对改造效果进行持续量化验证。例如通过对比改造前后降雨时刻的流量和液位波动情况，可以直观的展示雨污分流、清污分流最终效果，并且能够定量评估雨污分流后的污水收集率。让隐蔽系统的验收不再只是简单的看图纸，而是通过实实在在的现场实际效果，来进行检验和评估，为改造效果评估提供了一种有力的、方便的、科学的技术手段。

3 结语

近年来，降雨积水内涝、合流制溢流、雨洪管理逐渐成为城市管理的热点，雨量监测数据不仅可以支撑设计规划阶段的模型率定、风险评估，还可以在工程实施阶段为工程效果达标验证提供基础可靠数据，更可以在运维阶段为排水系统的运维提供实时反馈数据。最后顺便推荐一下我司的在线分钟级雨量监测仪TWR，采用高稳定性翻斗式雨量筒，GSM/GPRS无线连接，可充电锂电池，配置太阳能充电系统，支持雨量、温湿度多指标监测，可为热岛效应评估、内涝风险预警、管网入流入渗提供有效支撑。

2022年版的《智慧排水之乱弹精选》已经完成印刷并广泛传播。是对“清环智慧水务”公众号上发表的88篇乱弹系列文章进行分类整理，分为政策标准解读、技术方法辨析、监测方案制定、设备安装运维、局部数据分析、海绵城市案例、入流入渗案例共7个部分，共266页，筛选了排序31篇之后的、内容较为丰富、观点较为清晰的相关文章的全文，其他文章仅保留摘要，以便大家进行参阅。感兴趣的访问如下文章并留言：清环：《智慧排水之乱弹精选》广泛传播。