光感技術(shù)賦能徑流雨水分質(zhì)截留：模式創(chuàng)新與效能優(yōu)化研究

光感技術(shù)賦能徑流雨水分質(zhì)截留：模式創(chuàng)新與效能優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景1.1.1城市徑流雨水污染現(xiàn)狀隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，城市的不透水面積持續(xù)擴(kuò)大，如瀝青、水泥等硬質(zhì)地面的廣泛鋪設(shè)，使得降雨形成的地表徑流難以自然下滲，大量雨水?dāng)y帶各類污染物迅速匯集進(jìn)入城市排水系統(tǒng)，導(dǎo)致城市徑流雨水污染問題日益嚴(yán)峻。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，徑流雨水中懸浮固體（SS）、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷和總氮等污染物的平均濃度較高。其中，SS濃度常常高于城市污水，而其他污染物濃度也往往超過了污水排放一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)限額。城市徑流雨水的污染源極為復(fù)雜，涵蓋了多個(gè)方面。工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢水若未經(jīng)有效處理，其中的重金屬、有機(jī)物等污染物會(huì)殘留在地面，在降雨時(shí)被沖刷進(jìn)入徑流雨水；機(jī)動(dòng)車尾氣排放產(chǎn)生的有害物質(zhì)，以及車輛在行駛過程中泄漏的機(jī)油、汽油等，也會(huì)成為徑流雨水污染物的來源；城市生活垃圾在堆放和處理過程中產(chǎn)生的滲濾液，以及居民生活污水的隨意排放，同樣會(huì)對(duì)徑流雨水造成污染。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥和農(nóng)藥，隨著雨水的沖刷流入城市排水系統(tǒng)，也是不容忽視的污染源。城市徑流雨水污染對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了多方面的嚴(yán)重危害。首先，對(duì)水體水質(zhì)造成了負(fù)面影響，大量污染物進(jìn)入河流、湖泊等水體，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，藻類過度繁殖，溶解氧含量降低，進(jìn)而破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡，威脅水生生物的生存。據(jù)研究表明，某城市受徑流雨水污染的河流中，溶解氧含量較污染前下降了30%，水生生物種類減少了20%。其次，徑流雨水污染還會(huì)對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，污染物隨雨水下滲，可能導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、肥力下降，影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。此外，城市徑流雨水污染還會(huì)增加城市污水處理的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致處理成本上升，同時(shí)也對(duì)城市景觀和居民生活質(zhì)量造成了損害。1.1.2傳統(tǒng)截留模式的局限性為了控制城市徑流雨水污染，傳統(tǒng)的截留模式主要采用依據(jù)水量或時(shí)間進(jìn)行截流的方式，如常見的跳越堰式截流井、溢流堰式截流井、截流槽式截流井等。這些傳統(tǒng)截留裝置在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多局限性。由于沒有直接與雨水的水質(zhì)掛鉤，未充分考慮雨量大小、地面清潔程度等因素對(duì)雨水水質(zhì)的影響，導(dǎo)致在不同場(chǎng)次的降雨中，截流的水質(zhì)存在較大差異。在大雨天氣下，由于雨水沖刷力強(qiáng)，將地面沖刷干凈所用的時(shí)間相對(duì)較短，但沖刷下來的污染物更多，排放的渾水總量更大。若采用相同的截流時(shí)間，可能會(huì)在大雨時(shí)截流部分已經(jīng)相對(duì)清潔的雨水，而在小雨時(shí)卻棄流了部分仍然渾濁、污染較重的雨水；若采用相同的截流體積，同樣會(huì)出現(xiàn)大雨時(shí)棄流部分渾水，小雨時(shí)截流部分清潔水的不合理情況。當(dāng)連續(xù)降雨后，地面相對(duì)較為清潔，此時(shí)將地面再次沖刷干凈所需的時(shí)間更短、水量更少。但傳統(tǒng)的固定截流時(shí)間或截流體積的方式，無法適應(yīng)這種變化，會(huì)使截流的水量偏大，造成水資源的浪費(fèi)和處理成本的增加。傳統(tǒng)截留模式在面對(duì)復(fù)雜多變的降雨和污染情況時(shí)，難以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度污染雨水的有效截流和對(duì)低濃度清潔雨水的合理?xiàng)壛鳎瑹o法滿足日益嚴(yán)格的城市水環(huán)境治理需求，迫切需要一種更加科學(xué)、精準(zhǔn)的徑流雨水分質(zhì)截留模式來加以改進(jìn)和完善。1.2光感技術(shù)應(yīng)用于徑流雨水分質(zhì)截留的意義1.2.1精準(zhǔn)截流，提高截留效率傳統(tǒng)的徑流雨水分質(zhì)截留模式往往依據(jù)固定的水量或時(shí)間參數(shù)進(jìn)行截流，這種方式缺乏對(duì)雨水水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)判斷。而光感技術(shù)的引入，為解決這一問題提供了新的思路。光感技術(shù)利用水質(zhì)與透光性之間的緊密聯(lián)系，通過建立科學(xué)準(zhǔn)確的關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水水質(zhì)的快速、精準(zhǔn)檢測(cè)。當(dāng)激光照射在徑流雨水上時(shí)，光感檢測(cè)器能夠敏銳地捕捉透射光強(qiáng)的變化，并將其迅速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過對(duì)電信號(hào)的深入分析和處理，就可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地了解雨水的水質(zhì)狀況。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同地區(qū)的污染特點(diǎn)和環(huán)境要求，可以靈活設(shè)置應(yīng)棄流的徑流雨水水質(zhì)閾值及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度閾值。當(dāng)電信號(hào)強(qiáng)度小于設(shè)定的閾值時(shí)，說明雨水中污染物濃度較高，此時(shí)自控系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出指令，使電動(dòng)翻板迅速旋轉(zhuǎn)到截流位置，將高濃度污染雨水準(zhǔn)確截流；當(dāng)電信號(hào)強(qiáng)度大于設(shè)定的閾值時(shí)，表明雨水已經(jīng)相對(duì)清潔，自控系統(tǒng)則會(huì)指令電動(dòng)翻板旋轉(zhuǎn)到棄流位置，讓低濃度清潔雨水自動(dòng)排放。這種基于光感技術(shù)的精準(zhǔn)截流方式，能夠有效避免傳統(tǒng)截留模式中因盲目截流而導(dǎo)致的效率低下問題，大大提高了對(duì)高濃度污染雨水的截留效率，確保了需要處理的污染雨水得到及時(shí)、有效的收集，為后續(xù)的污染治理和水資源保護(hù)工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。1.2.2減少清潔雨水的無謂截流傳統(tǒng)截留模式由于無法實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地感知雨水的水質(zhì)變化，常常會(huì)出現(xiàn)對(duì)清潔雨水的誤截流現(xiàn)象。這不僅造成了水資源的不必要浪費(fèi)，還增加了污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)和處理成本。而光感技術(shù)憑借其對(duì)雨水水質(zhì)的精確檢測(cè)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)清潔雨水和污染雨水的有效區(qū)分，從而避免對(duì)清潔雨水的無謂截流。在降雨過程中，隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)和地面污染物的逐漸減少，雨水的水質(zhì)會(huì)逐漸改善。光感技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)到這一水質(zhì)變化過程，當(dāng)檢測(cè)到雨水的透光性增強(qiáng)，表明水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到相對(duì)清潔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)及時(shí)調(diào)整截流策略，停止對(duì)這部分清潔雨水的截流，使其直接排放。這樣一來，既減少了進(jìn)入污水處理系統(tǒng)的清潔雨水量，降低了污水處理的成本，又能夠讓清潔雨水得到合理的利用，提高了水資源的利用效率。減少清潔雨水的無謂截流，對(duì)于保護(hù)水資源、優(yōu)化城市排水系統(tǒng)的運(yùn)行具有重要意義，能夠在實(shí)現(xiàn)污染控制的同時(shí)，更好地實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置和可持續(xù)利用。1.2.3對(duì)城市水環(huán)境改善的重要作用城市徑流雨水污染是導(dǎo)致城市河湖水環(huán)境質(zhì)量下降的重要因素之一，大量的污染物隨著徑流雨水進(jìn)入水體，破壞了水生態(tài)系統(tǒng)的平衡，影響了城市的景觀和居民的生活質(zhì)量。有效控制徑流雨水污染，是改善城市水環(huán)境的關(guān)鍵舉措，而光感技術(shù)應(yīng)用于徑流雨水分質(zhì)截留，在這一過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過精準(zhǔn)截流高濃度污染雨水，光感技術(shù)能夠顯著減少進(jìn)入城市河湖的污染物總量，降低水體的污染負(fù)荷。這有助于恢復(fù)水體的自凈能力，改善水體的水質(zhì)，使水體的透明度提高，溶解氧含量增加，為水生生物提供更適宜的生存環(huán)境，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)和平衡。水質(zhì)的改善也能夠提升城市景觀的美感，增強(qiáng)居民對(duì)城市環(huán)境的滿意度。良好的城市水環(huán)境對(duì)于城市的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義，它不僅能夠吸引投資，促進(jìn)旅游業(yè)的發(fā)展，還能提升城市的整體形象和競(jìng)爭(zhēng)力，為居民創(chuàng)造更加健康、舒適的生活空間。光感技術(shù)在徑流雨水分質(zhì)截留中的應(yīng)用，為城市水環(huán)境的改善提供了有力的技術(shù)支持，對(duì)推動(dòng)城市的生態(tài)文明建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容1.3.1研究目標(biāo)本研究旨在通過深入探究光感技術(shù)在徑流雨水分質(zhì)截留中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出一種高效、精準(zhǔn)的光感分質(zhì)截留裝置，以解決傳統(tǒng)截留模式的局限性。具體而言，通過對(duì)光感技術(shù)原理與徑流雨水特性的深入分析，建立兩者之間的科學(xué)聯(lián)系，從而構(gòu)建基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留數(shù)學(xué)模型。該模型能夠準(zhǔn)確地根據(jù)雨水的水質(zhì)變化實(shí)時(shí)調(diào)整截留策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度污染雨水的高效截流和對(duì)低濃度清潔雨水的合理?xiàng)壛?。利用該模型?duì)不同降雨條件和污染狀況下的徑流雨水進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行模式，提高截留效率。將設(shè)計(jì)的光感分質(zhì)截留裝置應(yīng)用于實(shí)際案例中，驗(yàn)證其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和有效性，評(píng)估其對(duì)城市水環(huán)境改善的實(shí)際貢獻(xiàn)，并與傳統(tǒng)截留模式進(jìn)行對(duì)比，明確其在提高截留效率、減少清潔雨水截流等方面的優(yōu)勢(shì)。通過本研究，為城市徑流雨水分質(zhì)截留提供一種創(chuàng)新的技術(shù)手段和科學(xué)的管理模式，推動(dòng)城市水環(huán)境治理的可持續(xù)發(fā)展。1.3.2研究?jī)?nèi)容首先，對(duì)光感技術(shù)原理進(jìn)行深入剖析，明確其檢測(cè)雨水水質(zhì)的基本原理，即利用水質(zhì)與透光性的關(guān)系，通過激光照射雨水，光感檢測(cè)器檢測(cè)透射光強(qiáng)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而建立水質(zhì)與電信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。全面分析徑流雨水的特性，包括不同地區(qū)、不同下墊面條件下雨水的污染物種類、濃度變化規(guī)律，以及污染物的粒徑分布和賦存形態(tài)等，為后續(xù)的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；诠飧屑夹g(shù)原理和徑流雨水特性，設(shè)計(jì)光感分質(zhì)截留裝置。確定裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括進(jìn)水管、出水管、截流管的布局，以及電動(dòng)翻板等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，確保裝置能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度污染雨水的截流和低濃度清潔雨水的棄流功能。構(gòu)建基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留數(shù)學(xué)模型，考慮雨水水質(zhì)變化、流量變化等因素，對(duì)裝置的運(yùn)行過程進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化裝置的運(yùn)行參數(shù)，如電信號(hào)強(qiáng)度閾值的設(shè)定、電動(dòng)翻板的切換時(shí)機(jī)等。運(yùn)用建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)不同降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)和污染程度的徑流雨水進(jìn)行模擬，分析裝置在不同工況下的截留效果，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性。選擇具有代表性的城市區(qū)域，將設(shè)計(jì)的光感分質(zhì)截留裝置進(jìn)行實(shí)際安裝和運(yùn)行，監(jiān)測(cè)裝置在實(shí)際應(yīng)用中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括雨水水質(zhì)、流量、裝置的截流和棄流情況等，評(píng)估裝置對(duì)實(shí)際徑流雨水分質(zhì)截留的效果。與傳統(tǒng)截留模式進(jìn)行對(duì)比，從截留效率、對(duì)清潔雨水的截流比例、對(duì)城市水環(huán)境改善的貢獻(xiàn)等方面進(jìn)行分析，明確光感技術(shù)分質(zhì)截留模式的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。二、光感技術(shù)原理與徑流雨水特性分析2.1光感技術(shù)的工作原理與應(yīng)用現(xiàn)狀2.1.1光感技術(shù)的基本原理光感技術(shù)的核心是基于光電效應(yīng)，通過特定的光電傳感器將光信號(hào)高效、精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光的感知和后續(xù)的控制操作。光電效應(yīng)可細(xì)分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。外光電效應(yīng)是指在光的照射下，物體表面的電子會(huì)獲得足夠的能量逸出物體表面，形成光電子發(fā)射，如光電管、光電倍增管等就是基于此效應(yīng)工作的。內(nèi)光電效應(yīng)則是當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，材料內(nèi)部的電子吸收光子能量后，其電導(dǎo)率發(fā)生變化，光敏電阻、光電二極管和光電三極管等均利用了這一效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)是指在光的作用下，半導(dǎo)體材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，常見的太陽能電池便是基于此原理。在徑流雨水分質(zhì)截留的應(yīng)用場(chǎng)景中，光感技術(shù)利用的是水質(zhì)與透光性之間緊密的內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)一束激光以特定的角度和強(qiáng)度照射在徑流雨水上時(shí)，由于雨水中污染物的種類、濃度和粒徑分布等因素的不同，會(huì)對(duì)激光產(chǎn)生不同程度的散射、吸收和折射等作用，從而導(dǎo)致透射光強(qiáng)發(fā)生顯著變化。此時(shí)，光感檢測(cè)器能夠敏銳地捕捉到這一透射光強(qiáng)的變化，并迅速將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。通過對(duì)大量不同水質(zhì)的徑流雨水樣本進(jìn)行測(cè)試和分析，建立起準(zhǔn)確、可靠的水質(zhì)與電信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系模型。在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)檢測(cè)到的電信號(hào)強(qiáng)度與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比對(duì)時(shí)，就能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地判斷出雨水的水質(zhì)狀況，進(jìn)而為分質(zhì)截留提供關(guān)鍵的決策依據(jù)。例如，當(dāng)電信號(hào)強(qiáng)度小于某一設(shè)定的閾值時(shí)，說明雨水中的污染物濃度較高，此時(shí)就需要啟動(dòng)相應(yīng)的截留裝置，將這部分高濃度污染雨水有效截流；反之，當(dāng)電信號(hào)強(qiáng)度大于設(shè)定閾值時(shí)，則表明雨水已經(jīng)相對(duì)清潔，可以進(jìn)行合理的棄流處理。2.1.2光感技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用案例光感技術(shù)憑借其高精度、高靈敏度和快速響應(yīng)等顯著優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)自動(dòng)化、照明控制、安防監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，光感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于物料檢測(cè)與分類、位置與距離測(cè)量以及生產(chǎn)過程監(jiān)控等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在物料檢測(cè)與分類中，光電傳感器能夠根據(jù)不同物料對(duì)光的反射、透射特性的差異，快速、準(zhǔn)確地識(shí)別物料的種類和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)化分類。在汽車制造生產(chǎn)線上，通過對(duì)射式光電傳感器可以檢測(cè)零部件是否準(zhǔn)確到位，確保裝配過程的順利進(jìn)行；在電子元件生產(chǎn)中，利用反射式光電傳感器能夠?qū)ξ⑿〉碾娮釉M(jìn)行精確檢測(cè)和分類。在位置與距離測(cè)量方面，光感技術(shù)能夠通過測(cè)量光的反射時(shí)間或光強(qiáng)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體位置和距離的高精度測(cè)量，為工業(yè)機(jī)器人的精準(zhǔn)操作提供重要支持。在精密機(jī)械加工中，利用激光測(cè)距傳感器可以精確測(cè)量加工件的位置和尺寸，保證加工精度；在物流倉儲(chǔ)中，通過光電傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的自動(dòng)定位和庫存管理。在生產(chǎn)過程監(jiān)控中，光感技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)線上的各種參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并發(fā)出警報(bào)，保障生產(chǎn)過程的安全和穩(wěn)定。在化工生產(chǎn)中，利用光纖傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力變化，確保化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行；在電力生產(chǎn)中，通過光電傳感器可以監(jiān)測(cè)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患。在照明控制領(lǐng)域，光感技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了照明系統(tǒng)的智能化和節(jié)能化。通過在照明設(shè)備中安裝光感傳感器，能夠?qū)崟r(shí)感知環(huán)境光線的強(qiáng)弱變化，并根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度。在白天，當(dāng)環(huán)境光線充足時(shí)，照明系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低亮度或關(guān)閉部分燈具，以減少能源消耗；在夜晚或光線較暗的環(huán)境中，照明系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提高亮度，確保照明效果。這種智能化的照明控制方式不僅能夠滿足人們對(duì)不同光照環(huán)境的需求，還能有效降低能源消耗，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。在商業(yè)建筑中，通過智能照明控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同區(qū)域的人流量和光照需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度和開關(guān)狀態(tài)，提高能源利用效率；在公共場(chǎng)所，如公園、廣場(chǎng)等，利用光感控制的路燈可以根據(jù)天色的變化自動(dòng)開關(guān)，既方便了人們的出行，又節(jié)約了能源。在安防監(jiān)控領(lǐng)域，光感技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，極大地提高了安防系統(tǒng)的安全性和可靠性。在監(jiān)控?cái)z像頭中，光感傳感器能夠根據(jù)環(huán)境光線的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭的感光度和曝光時(shí)間，確保在不同光照條件下都能獲取清晰、準(zhǔn)確的圖像信息。在夜間或低光照環(huán)境下，光感傳感器會(huì)自動(dòng)提高攝像頭的感光度，增強(qiáng)圖像的亮度和清晰度，以便更好地監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域的情況。一些高端的監(jiān)控?cái)z像頭還配備了紅外光感技術(shù)，能夠在完全黑暗的環(huán)境中通過發(fā)射和接收紅外光來獲取圖像，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷的監(jiān)控。此外，光感技術(shù)還可以用于入侵檢測(cè)，當(dāng)有物體遮擋光線時(shí)，光感傳感器會(huì)觸發(fā)警報(bào)，通知安保人員及時(shí)處理。在重要場(chǎng)所的周界防范中，通過安裝對(duì)射式光電傳感器，可以形成一道無形的警戒線，一旦有非法入侵行為，傳感器會(huì)立即發(fā)出警報(bào)信號(hào)，保障場(chǎng)所的安全。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，光感技術(shù)為空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等提供了高效、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)手段。在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，利用光散射原理的粉塵傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中的顆粒物濃度，通過測(cè)量光在顆粒物上的散射強(qiáng)度來確定顆粒物的數(shù)量和濃度。在工業(yè)廠區(qū)、交通要道等重點(diǎn)區(qū)域，安裝粉塵傳感器能夠及時(shí)掌握空氣質(zhì)量狀況，為環(huán)境保護(hù)和污染治理提供數(shù)據(jù)支持。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面，光感技術(shù)可以通過檢測(cè)水體對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收、散射等特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)參數(shù)的快速檢測(cè)，如化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷等。在河流、湖泊等水體中，安裝光感水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水污染事件，采取相應(yīng)的治理措施，保護(hù)水資源的安全。2.2徑流雨水的水質(zhì)特征與變化規(guī)律2.2.1不同下墊面徑流雨水的水質(zhì)分析城市下墊面類型復(fù)雜多樣，主要包括城市道路、屋面、綠地等，不同下墊面的徑流雨水在污染物種類、濃度及來源方面存在顯著差異。城市道路作為城市交通的主要載體，其徑流雨水的污染物種類繁多。由于車輛行駛過程中產(chǎn)生的磨損碎屑，如輪胎磨損產(chǎn)生的橡膠顆粒、剎車片磨損產(chǎn)生的金屬碎屑等，會(huì)成為徑流雨水中固體顆粒物的重要組成部分。車輛排放的尾氣中含有大量的氮氧化物、碳?xì)浠衔锏葰鈶B(tài)污染物，在降雨過程中會(huì)溶解于雨水中，增加雨水的化學(xué)需氧量（COD）和氨氮等污染物濃度。道路上的油污主要來源于車輛泄漏的機(jī)油、汽油等，這些油污難溶于水，會(huì)在雨水表面形成油膜，不僅影響水體的觀感，還會(huì)阻礙氧氣的溶解，對(duì)水生生物造成危害。此外，道路上的垃圾，如丟棄的食品包裝、煙頭、樹葉等，在雨水沖刷下也會(huì)進(jìn)入徑流，增加雨水的污染負(fù)荷。據(jù)相關(guān)研究表明，城市道路徑流雨水中懸浮固體（SS）的濃度范圍通常在100-1000mg/L之間，COD濃度可達(dá)200-1000mg/L，氨氮濃度一般在2-10mg/L。屋面徑流雨水的污染物主要來源于大氣沉降和屋面材料的侵蝕。大氣中的顆粒物、灰塵、花粉等會(huì)隨著降雨沉降到屋面上，成為徑流雨水污染物的一部分。屋面材料在長(zhǎng)期的風(fēng)吹日曬雨淋下，會(huì)發(fā)生老化、腐蝕等現(xiàn)象，釋放出一些化學(xué)物質(zhì)，如金屬離子、有機(jī)物等。瀝青屋面在雨水的浸泡下，可能會(huì)溶出多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物；混凝土屋面則可能會(huì)釋放出鈣離子、鎂離子等。屋面徑流雨水中的污染物濃度相對(duì)較低，但某些特定污染物的含量可能不容忽視。研究顯示，屋面徑流雨水中SS濃度一般在50-300mg/L，COD濃度在100-500mg/L，氨氮濃度在1-5mg/L。綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其徑流雨水的污染物來源與道路和屋面有所不同。綠地中的植被在生長(zhǎng)過程中會(huì)吸收空氣中的污染物，但在降雨時(shí)，部分被吸收的污染物可能會(huì)隨著雨水沖刷重新進(jìn)入徑流。綠地中的土壤含有一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷等，在雨水的淋溶作用下，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)溶解在雨水中，導(dǎo)致徑流雨水的氮、磷含量升高。如果綠地中使用了農(nóng)藥和化肥，這些化學(xué)物質(zhì)也會(huì)隨著雨水進(jìn)入徑流，對(duì)水質(zhì)造成污染。綠地徑流雨水中SS濃度相對(duì)較低，一般在20-100mg/L，COD濃度在50-200mg/L，氨氮濃度在0.5-3mg/L，但總磷濃度可能相對(duì)較高。不同下墊面徑流雨水的污染物種類、濃度及來源存在明顯差異。城市道路徑流雨水污染最為嚴(yán)重，污染物種類復(fù)雜；屋面徑流雨水污染程度次之，主要受大氣沉降和屋面材料影響；綠地徑流雨水相對(duì)較清潔，但氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可能超標(biāo)。了解這些差異，對(duì)于針對(duì)性地制定徑流雨水分質(zhì)截留策略和污染控制措施具有重要意義。2.2.2降雨過程中徑流雨水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化在降雨過程中，徑流雨水中污染物濃度呈現(xiàn)出明顯的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，這種變化可大致分為降雨初期、中期和后期三個(gè)階段。降雨初期，由于前期積累在地面的污染物較多，雨水對(duì)地面的沖刷作用強(qiáng)烈，大量污染物被迅速帶入徑流雨水中，導(dǎo)致污染物濃度急劇升高。路面上的灰塵、油污、垃圾等在雨水的沖擊下，會(huì)快速溶解或懸浮在雨水中，使得初期徑流雨水中的SS、COD、氨氮等污染物濃度達(dá)到峰值。在一場(chǎng)降雨開始后的前10-15分鐘內(nèi)，城市道路徑流雨水中的SS濃度可能會(huì)達(dá)到500-1000mg/L，COD濃度可達(dá)500-800mg/L。這一階段的雨水污染程度較高，對(duì)水環(huán)境的危害較大。隨著降雨的持續(xù)進(jìn)行，地面上的大部分污染物已被沖刷進(jìn)入徑流，雨水對(duì)地面的沖刷作用逐漸減弱，污染物的來源逐漸減少。此時(shí)，徑流雨水中的污染物濃度開始逐漸下降。在降雨中期，由于雨水的稀釋作用，污染物濃度進(jìn)一步降低。雨水不斷補(bǔ)充到徑流中，使得污染物在更大的水量中得到稀釋，濃度逐漸趨于穩(wěn)定。在降雨開始后的30-60分鐘后，城市道路徑流雨水中的SS濃度可能會(huì)降至100-300mg/L，COD濃度降至200-400mg/L。在降雨后期，地面已經(jīng)相對(duì)清潔，雨水沖刷下來的污染物極少，徑流雨水中的污染物濃度基本保持穩(wěn)定，達(dá)到相對(duì)較低的水平。此時(shí)，徑流雨水中的污染物主要來源于大氣沉降和少量殘留的地面污染物。雨水的水質(zhì)逐漸接近天然雨水的水質(zhì)。在降雨后期，城市道路徑流雨水中的SS濃度一般維持在50-100mg/L，COD濃度在100-200mg/L。降雨過程中徑流雨水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化主要是由雨水對(duì)地面污染物的沖刷作用和雨水的稀釋作用共同決定的。初期沖刷作用占主導(dǎo)，使得污染物濃度迅速升高；隨著降雨的持續(xù)，稀釋作用逐漸增強(qiáng)，污染物濃度逐漸降低并趨于穩(wěn)定。了解這種動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)于合理確定徑流雨水分質(zhì)截留的時(shí)機(jī)和閾值具有重要指導(dǎo)意義。在降雨初期，應(yīng)及時(shí)截流高濃度污染雨水，以減少對(duì)水環(huán)境的污染；而在降雨后期，當(dāng)雨水水質(zhì)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以考慮棄流，實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用。2.3徑流雨水的光學(xué)特性研究2.3.1光學(xué)參數(shù)的選擇與測(cè)量方法為了準(zhǔn)確、全面地表征徑流雨水的光學(xué)特性，本研究選取濁度、透光率和吸光度作為關(guān)鍵光學(xué)參數(shù)。這些參數(shù)能夠從不同角度反映徑流雨水中污染物的含量和分布情況，對(duì)于深入理解徑流雨水的光學(xué)性質(zhì)和水質(zhì)特征具有重要意義。濁度是衡量水中懸浮顆粒對(duì)光線散射程度的重要指標(biāo)，它能夠直觀地反映出徑流雨水中懸浮固體（SS）的含量和顆粒大小分布。在實(shí)際測(cè)量中，采用濁度儀進(jìn)行濁度測(cè)量。濁度儀的工作原理基于光的散射理論，當(dāng)一束平行光照射到水樣中時(shí)，水中的懸浮顆粒會(huì)使光線發(fā)生散射，散射光的強(qiáng)度與懸浮顆粒的濃度和粒徑大小密切相關(guān)。濁度儀通過測(cè)量散射光的強(qiáng)度，并根據(jù)特定的算法將其轉(zhuǎn)換為濁度值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣濁度的精確測(cè)量。在使用濁度儀時(shí)，首先要確保儀器經(jīng)過校準(zhǔn)，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。將水樣充分搖勻，避免懸浮顆粒沉淀，然后取適量水樣注入濁度儀的樣品池中，按照儀器的操作說明進(jìn)行測(cè)量，記錄測(cè)量結(jié)果。透光率是指光線透過水樣的能力，它反映了水樣對(duì)光的吸收和散射程度，與水中污染物的濃度和種類密切相關(guān)。透光率的測(cè)量采用分光光度計(jì)，其原理是利用分光光度計(jì)產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的單色光，讓該單色光透過水樣，通過檢測(cè)透過光的強(qiáng)度，并與入射光強(qiáng)度進(jìn)行比較，從而計(jì)算出透光率。在測(cè)量透光率時(shí)，需要根據(jù)徑流雨水的特點(diǎn)選擇合適的波長(zhǎng)。由于不同污染物對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收特性不同，一般選擇對(duì)雨水中主要污染物具有較強(qiáng)吸收的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于含有較多有機(jī)物的徑流雨水，可選擇254nm波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于含有較多懸浮固體的雨水，可選擇550nm波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量前，要對(duì)分光光度計(jì)進(jìn)行預(yù)熱和校準(zhǔn)，確保儀器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。將水樣裝入比色皿中，放入分光光度計(jì)的樣品池中，按照儀器的操作步驟進(jìn)行測(cè)量，記錄透光率數(shù)值。吸光度是指光線通過水樣時(shí)被吸收的程度，它與透光率呈反比關(guān)系，同樣能夠反映水樣中污染物的含量和種類。吸光度的測(cè)量也使用分光光度計(jì)，通過測(cè)量特定波長(zhǎng)下的吸光度值，可以了解水樣中污染物對(duì)該波長(zhǎng)光的吸收情況，進(jìn)而推斷污染物的濃度和性質(zhì)。吸光度的測(cè)量方法與透光率類似，也是在選擇合適波長(zhǎng)后，將水樣放入分光光度計(jì)中進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)朗伯-比爾定律，吸光度與水樣中吸光物質(zhì)的濃度和光程長(zhǎng)度成正比，因此在測(cè)量過程中要保證比色皿的光程長(zhǎng)度一致，以確保測(cè)量結(jié)果的可比性。2.3.2徑流水質(zhì)與光學(xué)特性的相關(guān)性分析通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和深入分析，本研究旨在揭示徑流水質(zhì)與光學(xué)特性之間的內(nèi)在定量關(guān)系，為基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)過程中，在不同的降雨場(chǎng)次和不同的下墊面條件下，同步采集了大量的徑流雨水樣品，并對(duì)其進(jìn)行了全面的水質(zhì)分析和光學(xué)特性測(cè)量。水質(zhì)分析項(xiàng)目涵蓋了化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷、總氮以及懸浮固體（SS）等主要污染物指標(biāo)；光學(xué)特性測(cè)量則包括濁度、透光率和吸光度。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)徑流水質(zhì)與光學(xué)特性之間存在著顯著的相關(guān)性。以濁度與SS濃度的關(guān)系為例，隨著SS濃度的增加，濁度呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。這是因?yàn)镾S是導(dǎo)致濁度升高的主要因素，當(dāng)雨水中的SS含量增加時(shí)，更多的懸浮顆粒會(huì)散射光線，從而使?jié)岫仍龃?。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，得到了濁度與SS濃度之間的定量關(guān)系方程：濁度=a×SS濃度+b，其中a和b為回歸系數(shù)。在某一特定區(qū)域的實(shí)驗(yàn)中，得到a=0.5，b=5，即濁度與SS濃度之間存在著較為緊密的線性關(guān)系，這為通過測(cè)量濁度來間接估算SS濃度提供了可能。對(duì)于透光率與COD濃度的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)，隨著COD濃度的升高，透光率逐漸降低。這是由于雨水中的有機(jī)物會(huì)吸收和散射光線，導(dǎo)致透光率下降。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，建立了透光率與COD濃度之間的非線性關(guān)系模型。采用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合，得到透光率=c×exp(-d×COD濃度)，其中c和d為擬合參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過測(cè)量透光率，利用該模型可以較為準(zhǔn)確地估算COD濃度，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分質(zhì)截留提供了重要的參考依據(jù)。吸光度與氨氮、總磷等污染物濃度之間也存在著一定的相關(guān)性。隨著氨氮和總磷濃度的增加，吸光度在特定波長(zhǎng)下會(huì)相應(yīng)增大。這是因?yàn)檫@些污染物對(duì)特定波長(zhǎng)的光具有吸收作用，其濃度越高，吸收的光量就越多，吸光度也就越大。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，確定了吸光度與氨氮、總磷濃度之間的定量關(guān)系，為利用吸光度檢測(cè)這些污染物的濃度提供了理論支持。徑流水質(zhì)與光學(xué)特性之間存在著緊密的定量關(guān)系，通過對(duì)這些關(guān)系的深入研究和準(zhǔn)確把握，可以利用光學(xué)特性參數(shù)來快速、準(zhǔn)確地推斷徑流水質(zhì)狀況，為基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留提供了可靠的技術(shù)手段和科學(xué)依據(jù)。三、基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置設(shè)計(jì)3.1裝置的總體設(shè)計(jì)思路3.1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)與功能要求本裝置的核心設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)徑流雨水的高效分質(zhì)截留，精準(zhǔn)地區(qū)分高濃度污染雨水和低濃度清潔雨水，并采取相應(yīng)的截留或排放措施。具體而言，裝置需要具備以下功能：在降雨初期，當(dāng)徑流雨水中的污染物濃度較高時(shí)，能夠迅速、準(zhǔn)確地將這部分高濃度污染雨水截流，防止其直接排入城市河湖等受納水體，從而有效減少水體的污染負(fù)荷。通過采用先進(jìn)的光感檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨水的透光性變化，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷雨水中污染物的濃度，當(dāng)污染物濃度超過設(shè)定的閾值時(shí)，啟動(dòng)截流機(jī)制。確保截流的雨水能夠順利輸送至后續(xù)的污水處理設(shè)施，進(jìn)行進(jìn)一步的凈化處理。隨著降雨的持續(xù)進(jìn)行，當(dāng)徑流雨水的污染物濃度降低到一定程度，達(dá)到低濃度清潔雨水的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，裝置應(yīng)能夠及時(shí)停止截流，自動(dòng)將清潔雨水排放出去，實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用。利用光感技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨水的水質(zhì)變化，一旦檢測(cè)到雨水的透光性增強(qiáng)，表明污染物濃度降低，達(dá)到設(shè)定的排放閾值時(shí)，切換到排放模式，使清潔雨水直接排入自然水體或其他合適的排水系統(tǒng)。在排放過程中，要保證排水的順暢性，避免出現(xiàn)堵塞等問題。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，裝置需要具備實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的水質(zhì)監(jiān)測(cè)與控制能力。采用先進(jìn)的光感檢測(cè)系統(tǒng)，能夠快速、精準(zhǔn)地檢測(cè)徑流雨水的透光性，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比，實(shí)時(shí)判斷雨水的水質(zhì)狀況。配備高效、可靠的自控系統(tǒng)，根據(jù)光感檢測(cè)系統(tǒng)傳來的信號(hào)，及時(shí)、準(zhǔn)確地控制截流和排放部件的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)徑流雨水分質(zhì)截留的自動(dòng)化控制。該自控系統(tǒng)應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠在各種復(fù)雜的環(huán)境條件下正常運(yùn)行。3.1.2裝置的組成結(jié)構(gòu)與工作流程基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置主要由進(jìn)水管、檢測(cè)區(qū)、截流管、出水管、光感檢測(cè)系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等部分組成。進(jìn)水管是徑流雨水進(jìn)入裝置的入口，其作用是將來自市政雨水管的徑流雨水引入裝置內(nèi)部。進(jìn)水管的管徑大小根據(jù)所在區(qū)域的雨水流量和排水需求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以確保能夠順利引入雨水，同時(shí)避免出現(xiàn)水流不暢或溢出現(xiàn)象。進(jìn)水管的材質(zhì)應(yīng)具有良好的耐腐蝕性和耐久性，能夠承受雨水的長(zhǎng)期沖刷和侵蝕。檢測(cè)區(qū)是裝置的核心部分之一，光感檢測(cè)系統(tǒng)安裝于此。檢測(cè)區(qū)內(nèi)部設(shè)有專門的檢測(cè)通道，徑流雨水在該通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，光感檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。光感檢測(cè)系統(tǒng)包括激光發(fā)射裝置和光感檢測(cè)器，激光發(fā)射裝置發(fā)射特定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的激光束，穿過雨水后，由光感檢測(cè)器接收透射光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。檢測(cè)區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證雨水在其中能夠均勻、穩(wěn)定地流動(dòng)，避免出現(xiàn)水流擾動(dòng)和死角，以確保光感檢測(cè)的準(zhǔn)確性。截流管用于將檢測(cè)后判定為高濃度污染的雨水輸送至污水處理設(shè)施。當(dāng)光感檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到雨水的電信號(hào)強(qiáng)度小于設(shè)定的閾值，表明雨水中污染物濃度較高時(shí)，自控系統(tǒng)控制截流管上的閥門打開，將污染雨水引入截流管。截流管的管徑和材質(zhì)根據(jù)截流的水量和水質(zhì)要求進(jìn)行選擇，確保能夠安全、有效地輸送污染雨水。出水管則負(fù)責(zé)將檢測(cè)后判定為低濃度清潔的雨水排放出去。當(dāng)光感檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到雨水的電信號(hào)強(qiáng)度大于設(shè)定的閾值，說明雨水已經(jīng)相對(duì)清潔時(shí)，自控系統(tǒng)控制出水管上的閥門打開，使清潔雨水通過出水管排入自然水體或其他合適的排水系統(tǒng)。出水管的管徑和排水能力應(yīng)滿足清潔雨水的排放需求，確保排放過程的順暢。光感檢測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分質(zhì)截留的關(guān)鍵技術(shù)部分，通過檢測(cè)雨水的透光性來判斷水質(zhì)。如前文所述，不同水質(zhì)的雨水對(duì)激光的散射、吸收和折射作用不同，導(dǎo)致透射光強(qiáng)發(fā)生變化，光感檢測(cè)器能夠敏銳地捕捉到這些變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光感檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備高精度、高靈敏度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地檢測(cè)雨水的水質(zhì)變化。自控系統(tǒng)是裝置的控制中樞，負(fù)責(zé)接收光感檢測(cè)系統(tǒng)傳來的電信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而控制截流管和出水管上閥門的開關(guān)動(dòng)作。自控系統(tǒng)采用先進(jìn)的微處理器和控制算法，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和穩(wěn)定的控制性能。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)異常情況進(jìn)行及時(shí)報(bào)警和處理，確保裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。裝置的工作流程如下：降雨時(shí)，徑流雨水通過進(jìn)水管流入檢測(cè)區(qū)，光感檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)雨水進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，將檢測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸給自控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)將接收到的電信號(hào)與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比，如果電信號(hào)強(qiáng)度小于閾值，說明雨水中污染物濃度較高，自控系統(tǒng)控制截流管上的閥門打開，將高濃度污染雨水截流至污水處理設(shè)施；如果電信號(hào)強(qiáng)度大于閾值，表明雨水已經(jīng)相對(duì)清潔，自控系統(tǒng)控制出水管上的閥門打開，使低濃度清潔雨水排放出去。在整個(gè)工作過程中，光感檢測(cè)系統(tǒng)持續(xù)對(duì)雨水進(jìn)行檢測(cè)，自控系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整閥門的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)徑流雨水分質(zhì)截留的動(dòng)態(tài)控制。3.2關(guān)鍵部件的選型與設(shè)計(jì)3.2.1光感檢測(cè)元件的選擇在基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置中，光感檢測(cè)元件的性能直接影響著對(duì)徑流雨水水質(zhì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)而決定了分質(zhì)截留的效果。常見的光感檢測(cè)元件包括光敏電阻、光電二極管、光電三極管等，它們各自具有獨(dú)特的性能特點(diǎn)，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著不同的作用。光敏電阻是一種基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電器件，其工作原理是當(dāng)光線照射到光敏電阻上時(shí)，半導(dǎo)體材料內(nèi)部的電子吸收光子能量后，電導(dǎo)率發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值改變。光敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高，對(duì)光線的變化反應(yīng)較為明顯，且成本相對(duì)較低。其響應(yīng)速度較慢，一般在毫秒級(jí)，這意味著它對(duì)快速變化的光線信號(hào)響應(yīng)不夠及時(shí)。光敏電阻的線性度較差，在不同光照強(qiáng)度下，電阻值與光照強(qiáng)度之間并非呈現(xiàn)嚴(yán)格的線性關(guān)系，這會(huì)給精確測(cè)量帶來一定困難。在一些對(duì)檢測(cè)精度和響應(yīng)速度要求不高的簡(jiǎn)單光控電路中，光敏電阻可能是一個(gè)合適的選擇，但在需要實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)徑流雨水水質(zhì)的分質(zhì)截留裝置中，其性能存在一定的局限性。光電二極管是另一種常用的光感檢測(cè)元件，它基于光生伏特效應(yīng)工作。當(dāng)光線照射到光電二極管的PN結(jié)上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的作用下，電子和空穴分別向相反方向移動(dòng)，從而在外部電路中產(chǎn)生電流。光電二極管具有響應(yīng)速度快的顯著優(yōu)勢(shì)，一般可達(dá)納秒級(jí)，能夠快速捕捉光線的瞬間變化，非常適合用于檢測(cè)徑流雨水水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化。其線性度良好，在一定的光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，輸出電流與光照強(qiáng)度之間呈現(xiàn)較為嚴(yán)格的線性關(guān)系，這為精確測(cè)量提供了有利條件。光電二極管的暗電流較小，即在無光照時(shí)，其漏電流非常低，能夠有效提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。然而，光電二極管的靈敏度相對(duì)較低，在弱光環(huán)境下的檢測(cè)效果可能不如光敏電阻。為了提高其靈敏度，可以采用雪崩光電二極管（APD），它在普通光電二極管的基礎(chǔ)上，通過內(nèi)部的雪崩倍增效應(yīng)，能夠?qū)⒐怆娏鞣糯螅瑥亩@著提高靈敏度。但APD的成本相對(duì)較高，且需要較高的工作電壓，這在一定程度上限制了其應(yīng)用。光電三極管是在光電二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它不僅具有光電轉(zhuǎn)換功能，還具有放大作用。當(dāng)光線照射到光電三極管的基極時(shí)，產(chǎn)生的光電流會(huì)被三極管放大，從而在集電極輸出較大的電流。光電三極管的靈敏度較高，輸出信號(hào)較強(qiáng)，能夠滿足一些對(duì)信號(hào)強(qiáng)度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。其響應(yīng)速度比光電二極管稍慢，一般在微秒級(jí)。由于存在放大作用，光電三極管的線性度相對(duì)較差，在不同光照強(qiáng)度下，輸出電流的變化可能與光照強(qiáng)度的變化不成嚴(yán)格的比例關(guān)系。此外，光電三極管的暗電流也相對(duì)較大，這會(huì)對(duì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定影響。綜合考慮徑流雨水分質(zhì)截留裝置對(duì)光感檢測(cè)元件的性能要求，包括響應(yīng)速度、靈敏度、線性度、暗電流等因素，以及成本、可靠性等實(shí)際應(yīng)用方面的考慮，本研究選擇光電二極管作為光感檢測(cè)元件。雖然光電二極管的靈敏度相對(duì)較低，但通過合理的電路設(shè)計(jì)和信號(hào)處理，可以彌補(bǔ)這一不足。在檢測(cè)光路中增加聚光裝置，提高光線的強(qiáng)度，從而增強(qiáng)光電二極管的響應(yīng)信號(hào)；采用高性能的運(yùn)算放大器對(duì)光電二極管輸出的微弱電流信號(hào)進(jìn)行放大和處理，提高信號(hào)的信噪比和穩(wěn)定性。光電二極管良好的線性度和快速的響應(yīng)速度，能夠滿足對(duì)徑流雨水水質(zhì)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)的要求，確保分質(zhì)截留裝置能夠根據(jù)雨水水質(zhì)的變化及時(shí)、準(zhǔn)確地做出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效的分質(zhì)截留功能。3.2.2截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)是基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置的關(guān)鍵組成部分之一，其作用是根據(jù)光感檢測(cè)系統(tǒng)傳來的信號(hào)，準(zhǔn)確、迅速地執(zhí)行對(duì)高濃度污染雨水的截流和對(duì)低濃度清潔雨水的排放操作。常見的截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)翻板、電磁閥、電動(dòng)閥門等，它們各自具有不同的設(shè)計(jì)原理、動(dòng)作方式和控制方法。電動(dòng)翻板是一種較為常見的截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)原理基于杠桿原理和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)翻板通常由電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、翻板、軸承、止水套等部件組成。電機(jī)通過轉(zhuǎn)軸與翻板相連，當(dāng)電機(jī)接收到自控系統(tǒng)傳來的控制信號(hào)時(shí)，會(huì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)翻板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。翻板的形狀和尺寸根據(jù)裝置的具體結(jié)構(gòu)和流量要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般為矩形平板。在截流狀態(tài)下，翻板旋轉(zhuǎn)至水平位置，正好封堵住內(nèi)井的橫斷面，使高濃度污染雨水無法通過出水管流出，只能通過截流管被輸送至污水處理設(shè)施；在排放狀態(tài)下，翻板旋轉(zhuǎn)至豎直位置，正好封堵住出水管的入口，此時(shí)低濃度清潔雨水可以順利通過出水管排放出去。為了確保翻板在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的密封性和穩(wěn)定性，兩端的軸承嵌入內(nèi)井壁中，轉(zhuǎn)軸與內(nèi)井壁之間采用止水套進(jìn)行密封，阻止內(nèi)井中的水從轉(zhuǎn)軸與井壁之間的縫隙流入外井。電動(dòng)翻板的動(dòng)作方式簡(jiǎn)單、直觀，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)翻板的兩種狀態(tài)切換。其控制方法相對(duì)成熟，自控系統(tǒng)可以通過控制電機(jī)的啟停和旋轉(zhuǎn)方向來精確控制翻板的位置。電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同流量和壓力條件下的截流和排放要求。電磁閥是另一種常用的截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其工作原理基于電磁感應(yīng)。電磁閥主要由電磁線圈、閥芯、閥座等部件組成。當(dāng)電磁線圈通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引閥芯移動(dòng)，從而改變閥門的開閉狀態(tài)。在徑流雨水分質(zhì)截留裝置中，電磁閥安裝在截流管和出水管上，分別控制污染雨水的截流和清潔雨水的排放。當(dāng)光感檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到雨水中污染物濃度較高時(shí)，自控系統(tǒng)向截流管上的電磁閥發(fā)送通電信號(hào)，電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，閥芯被吸引向上移動(dòng)，打開截流管，使高濃度污染雨水流入截流管；同時(shí)，出水管上的電磁閥斷電，閥芯在彈簧的作用下向下移動(dòng)，關(guān)閉出水管，防止污染雨水流出。當(dāng)檢測(cè)到雨水已經(jīng)相對(duì)清潔時(shí)，自控系統(tǒng)則向出水管上的電磁閥發(fā)送通電信號(hào)，打開出水管，使清潔雨水排放出去；同時(shí)，截流管上的電磁閥斷電，關(guān)閉截流管。電磁閥的動(dòng)作方式快速、靈敏，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成閥門的開閉操作，響應(yīng)時(shí)間一般在毫秒級(jí)。其控制方法簡(jiǎn)單，通過控制電磁線圈的通電和斷電即可實(shí)現(xiàn)閥門的控制。電磁閥的密封性較好，能夠有效防止雨水泄漏。然而，電磁閥的工作壓力和流量受到一定限制，對(duì)于大流量、高壓力的徑流雨水，可能需要選擇較大規(guī)格的電磁閥或采用多個(gè)電磁閥并聯(lián)的方式來滿足要求。電動(dòng)閥門與電磁閥類似，也是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)來控制閥門的開閉。電動(dòng)閥門通常由電機(jī)、減速器、絲桿、螺母、閥板等部件組成。電機(jī)通過減速器帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，絲桿上的螺母與閥板相連，當(dāng)絲桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母帶動(dòng)閥板沿絲桿軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)閥門的開閉。在分質(zhì)截留裝置中，電動(dòng)閥門安裝在截流管和出水管上，根據(jù)光感檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)，由自控系統(tǒng)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門開度的精確控制。電動(dòng)閥門的動(dòng)作方式平穩(wěn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)流量的精確調(diào)節(jié)。其控制精度較高，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定閥門的開度，以滿足不同水質(zhì)和流量條件下的截流和排放要求。電動(dòng)閥門的工作壓力和流量范圍較大，適用于各種規(guī)模的徑流雨水分質(zhì)截留裝置。然而，電動(dòng)閥門的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本較高，維護(hù)和保養(yǎng)的要求也相對(duì)較高。在本研究的徑流雨水分質(zhì)截留裝置中，綜合考慮裝置的流量、壓力、成本、可靠性等因素，選擇電動(dòng)翻板作為截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動(dòng)翻板具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、成本較低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足裝置對(duì)截流和排放功能的要求。通過合理設(shè)計(jì)電動(dòng)翻板的尺寸、材質(zhì)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)，確保其在不同工況下都能夠穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)徑流雨水的精準(zhǔn)分質(zhì)截留。3.3控制系統(tǒng)的構(gòu)建3.3.1硬件控制系統(tǒng)的搭建硬件控制系統(tǒng)是基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的基礎(chǔ)，其核心組成部分包括控制器、傳感器和執(zhí)行器?？刂破髯鳛檎麄€(gè)硬件控制系統(tǒng)的核心大腦，承擔(dān)著數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷和指令發(fā)布的關(guān)鍵任務(wù)。在本研究中，選用可編程邏輯控制器（PLC）作為控制器。PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、靈活性好等顯著優(yōu)勢(shì)，能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。其豐富的輸入輸出接口可以方便地與各種傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制。某品牌的S7-200SMART系列PLC，該系列PLC具有高速的運(yùn)算能力和豐富的功能指令，能夠快速處理光感檢測(cè)系統(tǒng)傳來的大量數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和閾值進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，及時(shí)發(fā)出控制指令。傳感器是獲取徑流雨水水質(zhì)信息的關(guān)鍵部件，在本裝置中，主要采用光感檢測(cè)器作為水質(zhì)檢測(cè)傳感器。如前文所述，光感檢測(cè)器利用光在雨水中的透射特性，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)雨水的透光性，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給控制器。為了確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，選擇高精度、高靈敏度的光感檢測(cè)器，其檢測(cè)精度能夠達(dá)到±0.1%，響應(yīng)時(shí)間小于10ms。在實(shí)際安裝過程中，將光感檢測(cè)器安裝在檢測(cè)區(qū)的合適位置，保證激光束能夠垂直穿過徑流雨水，避免光線受到干擾，從而獲取準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)。還可配備流量傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)徑流雨水的流量。流量傳感器選用電磁流量計(jì)，其測(cè)量精度高、量程范圍廣，能夠適應(yīng)不同流量大小的徑流雨水檢測(cè)需求。電磁流量計(jì)通過測(cè)量導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來計(jì)算流量，具有無壓力損失、測(cè)量精度不受流體密度和粘度影響等優(yōu)點(diǎn)。將流量傳感器安裝在進(jìn)水管上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨水的流量變化，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器，為控制器的決策提供更全面的信息。執(zhí)行器是根據(jù)控制器的指令實(shí)現(xiàn)截流和排放動(dòng)作的執(zhí)行部件，本裝置采用電動(dòng)翻板作為截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動(dòng)翻板由電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、翻板等部件組成，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制翻板的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度污染雨水的截流和低濃度清潔雨水的排放。為了確保電動(dòng)翻板的穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確動(dòng)作，選用扭矩大、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的電機(jī)，電機(jī)的扭矩能夠滿足翻板在不同水流壓力下的動(dòng)作要求，轉(zhuǎn)速可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在電機(jī)與翻板之間設(shè)置減速器，以降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高扭矩，保證翻板的動(dòng)作平穩(wěn)。還配備了位置傳感器，用于檢測(cè)翻板的位置狀態(tài)。位置傳感器選用接近開關(guān)，當(dāng)翻板旋轉(zhuǎn)到水平或豎直位置時(shí)，接近開關(guān)能夠及時(shí)檢測(cè)到并將信號(hào)反饋給控制器，確?？刂破髂軌驕?zhǔn)確掌握翻板的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)截流和排放動(dòng)作的精確控制。在硬件控制系統(tǒng)的搭建過程中，需要合理規(guī)劃控制器、傳感器和執(zhí)行器之間的連接方式。采用屏蔽電纜連接光感檢測(cè)器和控制器，以減少外界電磁干擾對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響，確保信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。流量傳感器和位置傳感器與控制器之間也通過相應(yīng)的電纜進(jìn)行連接，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸?？刂破髋c電動(dòng)翻板的電機(jī)之間通過控制電纜連接，控制器根據(jù)光感檢測(cè)系統(tǒng)和流量傳感器傳來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析判斷后，向電機(jī)發(fā)出正反轉(zhuǎn)和調(diào)速指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)翻板的精確控制。還需配備電源系統(tǒng)，為整個(gè)硬件控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。電源系統(tǒng)采用不間斷電源（UPS），以確保在市電停電的情況下，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行一段時(shí)間，避免因停電導(dǎo)致截流和排放動(dòng)作失控，對(duì)環(huán)境造成污染。3.3.2軟件算法的開發(fā)軟件算法是基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置實(shí)現(xiàn)智能化控制的核心，其主要功能是根據(jù)光感信號(hào)實(shí)時(shí)判斷水質(zhì)，并控制截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。本研究開發(fā)的軟件算法主要包括數(shù)據(jù)采集與處理、水質(zhì)判斷和控制決策三個(gè)關(guān)鍵部分。數(shù)據(jù)采集與處理模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集光感檢測(cè)器和流量傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。通過PLC的高速數(shù)據(jù)采集功能，能夠快速、準(zhǔn)確地獲取光感檢測(cè)器輸出的電信號(hào)和流量傳感器檢測(cè)到的流量數(shù)據(jù)。由于實(shí)際檢測(cè)過程中可能會(huì)受到各種噪聲的干擾，如電磁干擾、環(huán)境噪聲等，為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，采用數(shù)字濾波算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。采用中值濾波算法，該算法通過對(duì)連續(xù)采集的多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，取中間值作為有效數(shù)據(jù)，能夠有效地去除隨機(jī)噪聲的干擾。對(duì)采集到的光感信號(hào)進(jìn)行多次采樣，每次采樣間隔為10ms，連續(xù)采集10個(gè)數(shù)據(jù)，然后對(duì)這10個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，取中間值作為當(dāng)前的光感信號(hào)值。這樣可以避免因瞬間干擾導(dǎo)致的檢測(cè)數(shù)據(jù)異常，提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。還對(duì)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，采用移動(dòng)平均濾波算法，即將過去一段時(shí)間內(nèi)的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到當(dāng)前的流量值，以消除流量波動(dòng)對(duì)控制決策的影響。水質(zhì)判斷模塊是軟件算法的核心部分之一，其主要任務(wù)是根據(jù)處理后的光感信號(hào)判斷徑流雨水的水質(zhì)狀況。通過前期大量的實(shí)驗(yàn)研究，建立了光感信號(hào)與徑流雨水中污染物濃度之間的數(shù)學(xué)模型。采用多元線性回歸分析方法，對(duì)不同水質(zhì)的徑流雨水樣本進(jìn)行光感檢測(cè)，并同時(shí)測(cè)定其污染物濃度，如化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、懸浮固體（SS）等，然后通過數(shù)據(jù)分析建立光感信號(hào)與這些污染物濃度之間的線性關(guān)系模型。在實(shí)際應(yīng)用中，將實(shí)時(shí)采集到的光感信號(hào)代入建立的數(shù)學(xué)模型中，即可計(jì)算出徑流雨水中的污染物濃度。將計(jì)算得到的污染物濃度與預(yù)設(shè)的水質(zhì)閾值進(jìn)行比較，判斷雨水的水質(zhì)是否達(dá)到截流或排放的標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)設(shè)的COD閾值為150mg/L，當(dāng)計(jì)算得到的COD濃度大于150mg/L時(shí)，判斷雨水為高濃度污染雨水，需要進(jìn)行截流；當(dāng)COD濃度小于150mg/L時(shí)，判斷雨水為低濃度清潔雨水，可以進(jìn)行排放?？刂茮Q策模塊根據(jù)水質(zhì)判斷的結(jié)果，向截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送相應(yīng)的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)徑流雨水分質(zhì)截留的精確控制。當(dāng)水質(zhì)判斷模塊判斷雨水為高濃度污染雨水時(shí)，控制決策模塊向電動(dòng)翻板的電機(jī)發(fā)送正轉(zhuǎn)指令，使電機(jī)帶動(dòng)翻板旋轉(zhuǎn)到水平位置，封堵住內(nèi)井的橫斷面，將高濃度污染雨水截流至截流管，輸送至污水處理設(shè)施進(jìn)行處理。在截流過程中，控制決策模塊還會(huì)根據(jù)流量傳感器檢測(cè)到的流量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以確保截流的效果和穩(wěn)定性。當(dāng)流量較大時(shí)，適當(dāng)提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速，加快翻板的動(dòng)作速度，防止雨水溢出；當(dāng)流量較小時(shí)，降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證翻板的動(dòng)作平穩(wěn)，避免對(duì)設(shè)備造成沖擊。當(dāng)水質(zhì)判斷模塊判斷雨水為低濃度清潔雨水時(shí)，控制決策模塊向電動(dòng)翻板的電機(jī)發(fā)送反轉(zhuǎn)指令，使電機(jī)帶動(dòng)翻板旋轉(zhuǎn)到豎直位置，封堵住出水管的入口，將低濃度清潔雨水排放出去。在排放過程中，控制決策模塊同樣會(huì)根據(jù)流量數(shù)據(jù)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保排放的順暢性。還設(shè)置了異常情況處理機(jī)制，當(dāng)出現(xiàn)傳感器故障、電機(jī)故障等異常情況時(shí)，控制決策模塊會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，如關(guān)閉所有閥門，防止雨水泄漏對(duì)環(huán)境造成污染。四、光感分質(zhì)截留模式的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建4.1模型的假設(shè)與建立4.1.1模型假設(shè)條件為了構(gòu)建基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留數(shù)學(xué)模型，首先需要設(shè)定一系列合理的假設(shè)條件，以簡(jiǎn)化復(fù)雜的實(shí)際情況，使得模型具有可操作性和實(shí)用性。假設(shè)徑流雨水在檢測(cè)區(qū)內(nèi)為均勻混合流體。在實(shí)際的降雨過程中，徑流雨水的成分復(fù)雜，包含了各種污染物和雜質(zhì)，其分布可能并不均勻。為了便于模型的建立和分析，假定在檢測(cè)區(qū)內(nèi)，徑流雨水的污染物濃度、顆粒分布等是均勻的。這意味著在檢測(cè)區(qū)內(nèi)的任意位置，采集的雨水樣本具有相同的水質(zhì)特征，不考慮雨水在流動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的分層、局部濃度差異等現(xiàn)象。這樣的假設(shè)可以簡(jiǎn)化對(duì)雨水水質(zhì)的描述和計(jì)算，使模型更加簡(jiǎn)潔明了。假設(shè)光感檢測(cè)過程不受外界環(huán)境因素干擾。在實(shí)際應(yīng)用中，光感檢測(cè)系統(tǒng)可能會(huì)受到多種外界因素的影響，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度的變化，以及周圍環(huán)境中的電磁干擾等。這些因素可能會(huì)導(dǎo)致光感檢測(cè)器的檢測(cè)精度下降，甚至出現(xiàn)檢測(cè)誤差。為了確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性，假設(shè)在光感檢測(cè)過程中，不存在這些外界因素的干擾。光感檢測(cè)器能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地檢測(cè)徑流雨水的透光性，將透射光強(qiáng)精確地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，不受其他因素的影響。這一假設(shè)使得模型能夠?qū)Ｗ⒂诠飧屑夹g(shù)與雨水水質(zhì)之間的關(guān)系，避免了外界因素對(duì)模型的復(fù)雜性和不確定性的增加。假設(shè)截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電動(dòng)翻板）能夠瞬間動(dòng)作。在實(shí)際的分質(zhì)截留過程中，截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)從接收到控制信號(hào)到完成動(dòng)作，需要一定的時(shí)間，這一時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間的存在可能會(huì)導(dǎo)致在水質(zhì)變化的瞬間，截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法及時(shí)做出相應(yīng)的動(dòng)作，從而影響分質(zhì)截留的效果。為了簡(jiǎn)化模型的分析，假設(shè)截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠瞬間動(dòng)作。當(dāng)光感檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到雨水的電信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，自控系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠立即完成截流或棄流動(dòng)作，不存在響應(yīng)時(shí)間的延遲。這一假設(shè)使得模型能夠更加準(zhǔn)確地反映水質(zhì)變化與截流動(dòng)作之間的實(shí)時(shí)關(guān)系，便于對(duì)分質(zhì)截留過程進(jìn)行精確的模擬和分析。假設(shè)在研究期間內(nèi)，降雨的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間保持相對(duì)穩(wěn)定。實(shí)際的降雨過程具有隨機(jī)性和不確定性，降雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈變化。這些變化會(huì)導(dǎo)致徑流雨水的流量、水質(zhì)等參數(shù)也隨之發(fā)生變化，增加了模型建立和分析的難度。為了便于模型的構(gòu)建和求解，假設(shè)在研究的時(shí)間段內(nèi)，降雨的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間保持相對(duì)穩(wěn)定。這樣可以將降雨過程視為一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的過程，減少了模型中變量的變化因素，使得模型能夠更加專注于光感技術(shù)在徑流雨水分質(zhì)截留中的應(yīng)用和效果分析。4.1.2數(shù)學(xué)模型的建立基于質(zhì)量守恒原理，對(duì)于徑流雨水分質(zhì)截留過程，可建立如下質(zhì)量守恒方程：Q_{in}=Q_{out}+Q_{intercept}其中，Q_{in}表示單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入截留裝置的雨水流量，Q_{out}表示單位時(shí)間內(nèi)從截留裝置排放出去的清潔雨水流量，Q_{intercept}表示單位時(shí)間內(nèi)被截流的污染雨水流量。這一方程體現(xiàn)了在截留裝置內(nèi)，雨水的總量在任何時(shí)刻都保持平衡，即進(jìn)入裝置的雨水量等于排放出去的清潔雨水量與被截流的污染雨水量之和。根據(jù)光傳播原理，光在雨水中傳播時(shí)，其透射光強(qiáng)與雨水中污染物濃度之間存在一定的關(guān)系。依據(jù)朗伯-比爾定律，可表示為：I=I_0\cdote^{-\alpha\cdotC\cdotL}其中，I為透射光強(qiáng)，I_0為入射光強(qiáng)，\alpha為吸收系數(shù)，與雨水中污染物的種類和性質(zhì)有關(guān)，C為污染物濃度，L為光在雨水中傳播的路徑長(zhǎng)度。在實(shí)際應(yīng)用中，光感檢測(cè)器檢測(cè)到的電信號(hào)強(qiáng)度與透射光強(qiáng)成正比，因此可以通過檢測(cè)電信號(hào)強(qiáng)度來間接反映雨水中污染物的濃度。通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合和分析，確定了吸收系數(shù)\alpha的值，并建立了電信號(hào)強(qiáng)度與污染物濃度之間的定量關(guān)系。考慮到截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作條件，設(shè)定電信號(hào)強(qiáng)度閾值I_{threshold}。當(dāng)檢測(cè)到的電信號(hào)強(qiáng)度I小于I_{threshold}時(shí)，表明雨水中污染物濃度較高，需要進(jìn)行截流操作，此時(shí)Q_{intercept}=Q_{in}，Q_{out}=0；當(dāng)I大于I_{threshold}時(shí)，說明雨水已經(jīng)相對(duì)清潔，可以進(jìn)行排放，此時(shí)Q_{intercept}=0，Q_{out}=Q_{in}。這一條件的設(shè)定明確了分質(zhì)截留的判斷依據(jù)，使得模型能夠根據(jù)光感檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果，準(zhǔn)確地控制截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度污染雨水的截流和對(duì)低濃度清潔雨水的排放。將上述方程和條件相結(jié)合，構(gòu)建出基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留數(shù)學(xué)模型。該模型能夠綜合考慮雨水流量、水質(zhì)以及光感檢測(cè)信號(hào)等因素，準(zhǔn)確地描述徑流雨水分質(zhì)截留的過程。通過對(duì)模型的求解和分析，可以預(yù)測(cè)在不同降雨條件和污染狀況下，分質(zhì)截留裝置的運(yùn)行效果，為裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。在不同的降雨強(qiáng)度和污染物濃度條件下，利用該模型可以計(jì)算出相應(yīng)的截流和排放流量，評(píng)估分質(zhì)截留裝置的截留效率和對(duì)清潔雨水的保護(hù)效果，從而為實(shí)際工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。4.2模型參數(shù)的確定與校準(zhǔn)4.2.1參數(shù)確定方法在構(gòu)建基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留數(shù)學(xué)模型的過程中，準(zhǔn)確確定模型中的參數(shù)是確保模型準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)測(cè)量、文獻(xiàn)查閱和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算等多種方法來確定模型參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量是獲取模型參數(shù)的重要手段之一。對(duì)于一些關(guān)鍵的參數(shù)，如光感檢測(cè)系統(tǒng)中的吸收系數(shù)\alpha，通過在實(shí)驗(yàn)室條件下，使用高精度的光感檢測(cè)設(shè)備，對(duì)不同污染物濃度的徑流雨水樣本進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)過程中，精確控制雨水樣本的污染物種類和濃度，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)備一系列已知濃度的化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、懸浮固體（SS）等污染物的模擬雨水樣本，利用光感檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量不同樣本的透射光強(qiáng)，然后根據(jù)朗伯-比爾定律，通過數(shù)據(jù)分析計(jì)算出吸收系數(shù)\alpha的值。為了提高測(cè)量的可靠性，對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行多次測(cè)量，并取平均值作為最終結(jié)果。還對(duì)截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電動(dòng)翻板）的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，包括翻板的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速等，這些參數(shù)對(duì)于準(zhǔn)確模擬截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過程至關(guān)重要。文獻(xiàn)查閱也是確定模型參數(shù)的重要途徑。通過廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)、研究報(bào)告和工程實(shí)踐案例，收集與徑流雨水分質(zhì)截留相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)。在研究徑流水質(zhì)與光學(xué)特性的相關(guān)性時(shí)，參考其他學(xué)者在類似研究中得到的水質(zhì)與透光性之間的關(guān)系模型和相關(guān)參數(shù)。在一些研究中，已經(jīng)建立了不同地區(qū)、不同下墊面條件下徑流水質(zhì)與濁度、透光率等光學(xué)參數(shù)之間的定量關(guān)系，本研究可以借鑒這些成果，并結(jié)合自身的研究區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。還可以查閱關(guān)于截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能參數(shù)的文獻(xiàn)，了解不同類型的截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的運(yùn)行參數(shù)和性能指標(biāo)，為模型參數(shù)的確定提供參考依據(jù)。經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算在確定模型參數(shù)中也發(fā)揮著重要作用。對(duì)于一些難以通過實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量或文獻(xiàn)中缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)的參數(shù)，可以采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算徑流雨水的流量時(shí)，可以使用曼寧公式：Q=\frac{1}{n}\cdotA\cdotR^{\frac{2}{3}}\cdotS^{\frac{1}{2}}其中，Q為流量，n為曼寧糙率系數(shù)，A為過水?dāng)嗝婷娣e，R為水力半徑，S為水力坡度。曼寧糙率系數(shù)n的值與下墊面的類型、粗糙度等因素有關(guān)，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。對(duì)于城市道路下墊面，n一般取值在0.013-0.017之間；對(duì)于屋面下墊面，n取值在0.011-0.015之間。通過合理確定其他參數(shù)的值，利用曼寧公式可以計(jì)算出不同情況下的徑流雨水流量，為模型提供準(zhǔn)確的流量參數(shù)。在計(jì)算光在雨水中傳播的路徑長(zhǎng)度L時(shí)，也可以根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。4.2.2模型校準(zhǔn)與驗(yàn)證模型校準(zhǔn)與驗(yàn)證是評(píng)估基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確性和可靠性的重要步驟。利用實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證，能夠確保模型能夠準(zhǔn)確地模擬實(shí)際的分質(zhì)截留過程。在校準(zhǔn)階段，將模型的模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，通過調(diào)整模型中的參數(shù)，使模型的模擬結(jié)果盡可能地接近實(shí)際監(jiān)測(cè)值。在某一實(shí)際降雨事件中，收集了該地區(qū)徑流雨水分質(zhì)截留裝置的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括不同時(shí)刻的雨水流量、水質(zhì)參數(shù)以及截流和排放情況等。將這些實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入到模型中，然后調(diào)整模型中的吸收系數(shù)\alpha、電信號(hào)強(qiáng)度閾值I_{threshold}等參數(shù)，觀察模型模擬結(jié)果的變化。通過多次調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，使模型模擬的雨水流量、水質(zhì)變化以及截流和排放的時(shí)間和流量等與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到最佳的匹配程度。在調(diào)整吸收系數(shù)\alpha時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)\alpha的值在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，模型模擬的水質(zhì)與實(shí)際監(jiān)測(cè)的水質(zhì)之間的誤差逐漸減小。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定了最佳的\alpha值，使得模型能夠更準(zhǔn)確地反映實(shí)際的水質(zhì)變化情況。在驗(yàn)證階段，使用另一組獨(dú)立的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)校準(zhǔn)后的模型進(jìn)行驗(yàn)證。這組數(shù)據(jù)應(yīng)與校準(zhǔn)階段使用的數(shù)據(jù)來自不同的降雨事件或不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域，以確保模型的通用性和可靠性。將驗(yàn)證數(shù)據(jù)輸入到校準(zhǔn)后的模型中，運(yùn)行模型得到模擬結(jié)果，然后將模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析。計(jì)算模型模擬值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值之間的誤差指標(biāo)，如均方根誤差（RMSE）、平均絕對(duì)誤差（MAE）等。均方根誤差（RMSE）的計(jì)算公式為：RMSE=\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\hat{y}_{i})^{2}}其中，n為數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量，y_{i}為實(shí)際監(jiān)測(cè)值，\hat{y}_{i}為模型模擬值。平均絕對(duì)誤差（MAE）的計(jì)算公式為：MAE=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}|y_{i}-\hat{y}_{i}|通過計(jì)算這些誤差指標(biāo)，可以定量地評(píng)估模型的準(zhǔn)確性。如果模型的誤差指標(biāo)在可接受的范圍內(nèi)，說明模型能夠較好地模擬實(shí)際的徑流雨水分質(zhì)截留過程，具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性；如果誤差指標(biāo)較大，則需要進(jìn)一步分析原因，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。在對(duì)某一地區(qū)的徑流雨水分質(zhì)截留模型進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，計(jì)算得到的均方根誤差（RMSE）為0.05，平均絕對(duì)誤差（MAE）為0.03，表明模型的模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為接近，模型具有較好的準(zhǔn)確性和可靠性。4.3模型的模擬分析與結(jié)果討論4.3.1不同降雨條件下的模擬分析利用構(gòu)建的基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留數(shù)學(xué)模型，對(duì)不同降雨條件下截留裝置的運(yùn)行效果進(jìn)行了深入模擬分析。在模擬過程中，主要考慮了雨量、雨強(qiáng)和降雨歷時(shí)等關(guān)鍵因素對(duì)截留效率和水質(zhì)變化的影響。模擬了雨量對(duì)截留裝置運(yùn)行效果的影響。設(shè)置了小雨（降雨量為10mm）、中雨（降雨量為30mm）和大雨（降雨量為50mm）三種不同的雨量條件。在小雨條件下，由于降雨總量較少，徑流雨水的流量相對(duì)較小，但污染物濃度相對(duì)較高。模型模擬結(jié)果顯示，截留裝置能夠及時(shí)檢測(cè)到雨水中的高濃度污染物，迅速啟動(dòng)截流機(jī)制，截流效率較高，能夠有效截留大部分污染雨水。隨著雨量的增加，在中雨和大雨條件下，徑流雨水的流量顯著增大，污染物總量也相應(yīng)增加。由于雨水的稀釋作用，污染物濃度在降雨后期有所降低。截留裝置在中雨和大雨條件下，仍然能夠較好地根據(jù)光感檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)，準(zhǔn)確判斷水質(zhì)變化，及時(shí)調(diào)整截流和排放策略。在大雨時(shí)，雖然截流的雨水量較大，但截留裝置能夠在污染物濃度較高的降雨初期，高效地截流污染雨水，隨著水質(zhì)的改善，及時(shí)切換到排放模式，確保低濃度清潔雨水能夠順利排放。雨強(qiáng)也是影響截留裝置運(yùn)行效果的重要因素。模擬了低雨強(qiáng)（2mm/h）、中雨強(qiáng)（5mm/h）和高雨強(qiáng)（10mm/h）三種不同的雨強(qiáng)條件。在低雨強(qiáng)條件下，雨水對(duì)地面污染物的沖刷作用相對(duì)較弱，徑流雨水中污染物濃度的上升速度較慢。截留裝置能夠較為從容地檢測(cè)和判斷水質(zhì)變化，截流和排放操作相對(duì)平穩(wěn)。隨著雨強(qiáng)的增加，在中雨強(qiáng)和高雨強(qiáng)條件下，雨水對(duì)地面的沖刷作用加劇，大量污染物迅速進(jìn)入徑流雨水，導(dǎo)致污染物濃度快速升高。截留裝置需要更快地響應(yīng)水質(zhì)變化，及時(shí)調(diào)整截流策略。在高雨強(qiáng)時(shí)，由于雨水流量大、流速快，對(duì)截留裝置的檢測(cè)和控制能力提出了更高的要求。模型模擬結(jié)果表明，基于光感技術(shù)的截留裝置能夠在不同雨強(qiáng)條件下，快速準(zhǔn)確地檢測(cè)水質(zhì)變化，及時(shí)啟動(dòng)截流或排放操作，有效應(yīng)對(duì)高雨強(qiáng)帶來的挑戰(zhàn)。降雨歷時(shí)對(duì)截留裝置的運(yùn)行效果同樣具有顯著影響。模擬了短歷時(shí)降雨（1小時(shí)）、中歷時(shí)降雨（3小時(shí)）和長(zhǎng)歷時(shí)降雨（6小時(shí)）三種不同的降雨歷時(shí)條件。在短歷時(shí)降雨條件下，由于降雨時(shí)間較短，徑流雨水的流量和污染物濃度變化較為迅速。截留裝置需要在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確判斷水質(zhì)，及時(shí)進(jìn)行截流或排放。在中歷時(shí)和長(zhǎng)歷時(shí)降雨條件下，徑流雨水的流量和污染物濃度變化相對(duì)較為平緩，但隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)，污染物的累積效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)。截留裝置需要持續(xù)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化，根據(jù)不同階段的水質(zhì)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整截流和排放策略。在長(zhǎng)歷時(shí)降雨后期，雖然污染物濃度有所降低，但由于前期污染物的累積，仍需要對(duì)部分污染雨水進(jìn)行截流處理。模型模擬結(jié)果顯示，基于光感技術(shù)的截留裝置能夠在不同降雨歷時(shí)條件下，準(zhǔn)確地根據(jù)水質(zhì)變化進(jìn)行分質(zhì)截留，有效控制徑流雨水污染。在不同雨量、雨強(qiáng)和降雨歷時(shí)條件下，基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置均能夠根據(jù)光感檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)，準(zhǔn)確判斷徑流雨水的水質(zhì)變化，及時(shí)調(diào)整截流和排放策略，表現(xiàn)出良好的截留效果和適應(yīng)性。隨著雨量、雨強(qiáng)和降雨歷時(shí)的增加，雖然對(duì)截留裝置的運(yùn)行提出了更高的要求，但通過合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，截留裝置能夠有效應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的降雨條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度污染雨水的高效截流和對(duì)低濃度清潔雨水的合理?xiàng)壛?，為城市徑流雨水分質(zhì)截留提供了可靠的技術(shù)支持。4.3.2模型結(jié)果的討論與分析通過對(duì)不同降雨條件下基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留模型的模擬結(jié)果進(jìn)行深入討論與分析，探討了模擬結(jié)果的合理性，并對(duì)模型的局限性及改進(jìn)方向進(jìn)行了研究。模擬結(jié)果顯示，基于光感技術(shù)的截留裝置在不同降雨條件下都能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度污染雨水的截流和對(duì)低濃度清潔雨水的棄流，這與理論預(yù)期和實(shí)際情況相符。在降雨初期，雨水對(duì)地面污染物的沖刷作用導(dǎo)致雨水中污染物濃度較高，光感檢測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到這一變化，自控系統(tǒng)及時(shí)控制截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)將污染雨水截流。隨著降雨的持續(xù)，污染物濃度逐漸降低，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，截留裝置及時(shí)切換到排放模式，將清潔雨水排放出去。這表明模型能夠準(zhǔn)確反映光感技術(shù)在徑流雨水分質(zhì)截留中的工作原理和實(shí)際效果，具有較高的合理性。模型也存在一定的局限性。模型假設(shè)徑流雨水在檢測(cè)區(qū)內(nèi)為均勻混合流體，這在實(shí)際情況中可能并不完全成立。由于徑流雨水的流動(dòng)特性和污染物分布的不均勻性，檢測(cè)區(qū)內(nèi)不同位置的水質(zhì)可能存在差異，這可能會(huì)影響光感檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響截留裝置的運(yùn)行效果。模型假設(shè)光感檢測(cè)過程不受外界環(huán)境因素干擾，但在實(shí)際應(yīng)用中，光感檢測(cè)系統(tǒng)可能會(huì)受到溫度、濕度、光照強(qiáng)度等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致檢測(cè)精度下降。模型假設(shè)截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠瞬間動(dòng)作，而實(shí)際的截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在一定的響應(yīng)時(shí)間，這可能會(huì)導(dǎo)致在水質(zhì)變化的瞬間，截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法及時(shí)做出相應(yīng)的動(dòng)作，影響分質(zhì)截留的效果。為了進(jìn)一步提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)。在模型中考慮徑流雨水的非均勻性，采用更復(fù)雜的流體力學(xué)模型來描述雨水在檢測(cè)區(qū)內(nèi)的流動(dòng)和污染物的分布情況，以提高光感檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。建立環(huán)境因素對(duì)光感檢測(cè)系統(tǒng)影響的修正模型，通過實(shí)驗(yàn)研究不同環(huán)境因素對(duì)光感檢測(cè)精度的影響規(guī)律，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，降低環(huán)境因素對(duì)模型的干擾?？紤]截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間，在模型中引入延遲機(jī)制，根據(jù)截流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際響應(yīng)時(shí)間，調(diào)整截流和排放的控制策略，確保截留裝置能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地應(yīng)對(duì)水質(zhì)變化。還可以進(jìn)一步優(yōu)化模型的參數(shù)確定方法，增加更多的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高模型參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過對(duì)模型的不斷改進(jìn)和完善，能夠更好地模擬基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留過程，為實(shí)際工程應(yīng)用提供更科學(xué)、準(zhǔn)確的指導(dǎo)。五、案例分析與實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證5.1案例選取與監(jiān)測(cè)方案5.1.1實(shí)際應(yīng)用案例的選擇本研究選取了位于[城市名稱]的[具體區(qū)域名稱]作為實(shí)際應(yīng)用案例的研究對(duì)象。該區(qū)域是一個(gè)典型的城市建成區(qū)，具有以下顯著特點(diǎn)：地理環(huán)境方面，該區(qū)域地勢(shì)較為平坦，整體地形起伏較小，坡度在[X]%以內(nèi)。區(qū)域內(nèi)水系發(fā)達(dá)，周邊有多條河流和湖泊，如[河流名稱1]、[河流名稱2]以及[湖泊名稱]等，這些水體相互連通，形成了較為復(fù)雜的水網(wǎng)系統(tǒng)。該區(qū)域的下墊面類型豐富多樣，包括城市道路、屋面、綠地等。城市道路主要由瀝青路面和水泥路面組成，占區(qū)域總面積的[X]%；屋面類型涵蓋了平屋面和坡屋面，其中平屋面多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，坡屋面則以瓦片屋面為主，屋面面積占比約為[X]%；綠地主要包括公園綠地、道路綠化帶和小區(qū)綠地等，綠地覆蓋率達(dá)到[X]%。氣候條件上，該區(qū)域?qū)儆赱氣候類型]，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。年平均降水量為[X]mm，且降水分布不均，主要集中在[具體月份]，這幾個(gè)月的降水量占全年降水量的[X]%以上。年平均氣溫為[X]℃，最高氣溫可達(dá)[X]℃，最低氣溫為[X]℃。該區(qū)域的降雨強(qiáng)度變化較大，短歷時(shí)暴雨頻繁發(fā)生，如[具體年份]的一場(chǎng)暴雨，1小時(shí)降雨強(qiáng)度達(dá)到了[X]mm，給城市排水系統(tǒng)帶來了巨大壓力。排水系統(tǒng)方面，該區(qū)域采用的是合流制排水系統(tǒng)，雨水和污水通過同一套管網(wǎng)收集和輸送。排水管網(wǎng)始建于[建設(shè)年份]，經(jīng)過多年的運(yùn)行和改造，目前管網(wǎng)總長(zhǎng)度達(dá)到[X]km，管徑范圍為[X]mm-[X]mm。由于建成時(shí)間較早，部分管網(wǎng)存在老化、破損等問題，導(dǎo)致排水能力不足，在暴雨期間容易出現(xiàn)積水和溢流現(xiàn)象。該區(qū)域內(nèi)設(shè)有一座污水處理廠，處理能力為[X]萬m3/d，采用[處理工藝名稱]處理工藝。但在降雨期間，由于大量雨水混入，污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)和水量波動(dòng)較大，處理效果受到一定影響。5.1.2監(jiān)測(cè)指標(biāo)與方法為了全面、準(zhǔn)確地評(píng)估基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置的實(shí)際應(yīng)用效果，本研究確定了一系列關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，并采用相應(yīng)的科學(xué)監(jiān)測(cè)方法。水質(zhì)指標(biāo)是評(píng)估徑流雨水污染程度和分質(zhì)截留效果的重要依據(jù)，本研究選取了化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷、總氮和懸浮固體（SS）作為主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)。COD能夠反映雨水中有機(jī)物的含量，采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測(cè)定。在實(shí)驗(yàn)室中，將水樣與過量的重鉻酸鉀溶液在強(qiáng)酸性條件下加熱回流，使水樣中的有機(jī)物被氧化，剩余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，根據(jù)消耗的硫酸亞鐵銨的量計(jì)算出COD的值。氨氮是衡量雨水中含氮污染物的重要指標(biāo)，采用納氏試劑分光光度法進(jìn)行測(cè)定。在水樣中加入納氏試劑，氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量成正比，通過分光光度計(jì)在特定波長(zhǎng)下測(cè)量吸光度，從而計(jì)算出氨氮的濃度?？偭缀涂偟謩e反映了雨水中磷和氮的總量，總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定。懸浮固體（SS）采用重量法進(jìn)行測(cè)定，將水樣通過已恒重的濾膜過濾，截留的懸浮物在103-105℃下烘干至恒重，根據(jù)濾膜前后的重量差計(jì)算出SS的含量。流量是衡量徑流雨水水量的關(guān)鍵參數(shù)，本研究采用電磁流量計(jì)對(duì)徑流雨水的流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。電磁流量計(jì)安裝在進(jìn)水管上，其工作原理是基于電磁感應(yīng)定律。當(dāng)導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與流體的流速成正比。通過測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，就可以計(jì)算出徑流雨水的流量。電磁流量計(jì)具有測(cè)量精度高、量程范圍廣、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量變化。光感信號(hào)是基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置的核心監(jiān)測(cè)參數(shù)，它直接反映了雨水的透光性，進(jìn)而間接反映了雨水中污染物的濃度。本研究采用自行設(shè)計(jì)的光感檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)光感信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。光感檢測(cè)系統(tǒng)主要由激光發(fā)射裝置和光感檢測(cè)器組成。激光發(fā)射裝置發(fā)射特定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的激光束，穿過徑流雨水后，由光感檢測(cè)器接收透射光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過對(duì)電信號(hào)強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)和分析，就可以實(shí)時(shí)掌握雨水的水質(zhì)變化情況。為了確保光感信號(hào)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，光感檢測(cè)系統(tǒng)在安裝前進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試，定期對(duì)光感檢測(cè)器進(jìn)行維護(hù)和檢測(cè)，確保其性能穩(wěn)定。5.2案例實(shí)施過程與數(shù)據(jù)收集5.2.1裝置的安裝與調(diào)試基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截留裝置的安裝地點(diǎn)選在[具體區(qū)域名稱]內(nèi)一條主要道路的雨水管道末端。該位置處于雨水管網(wǎng)的下游，能夠有效收集來自周邊區(qū)域的徑流雨水，且靠近污水處理廠，便于將截流的污染雨水輸送至處理設(shè)施。安裝前，對(duì)該區(qū)域的地形、地下管線分布等進(jìn)行了詳細(xì)的勘察，確保安裝過程不會(huì)對(duì)現(xiàn)有設(shè)施造成損壞。安裝過程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行。首先，在外井的預(yù)定位置進(jìn)行基坑開挖，確保基坑的尺寸和深度符合設(shè)計(jì)要求。在開挖過程中，采取了有效的支護(hù)措施，防止基坑坍塌?；娱_挖完成后，進(jìn)行井底和外井壁的澆筑施工。選用高強(qiáng)度、耐腐蝕的混凝土材料，確保外井具有足夠的強(qiáng)度和耐久性。井底采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為[X]cm，外井壁厚度為[X]cm。在澆筑過程中，嚴(yán)格控制混凝土的配合比和澆筑質(zhì)量，確保井底和外井壁的平整度和密實(shí)度。內(nèi)井壁緊貼外井的一角進(jìn)行砌筑，內(nèi)井與外井共用兩面井壁、蓋板和井底。內(nèi)井壁的邊長(zhǎng)小于外井壁的邊長(zhǎng)，以滿足裝置的結(jié)構(gòu)和功能要求。內(nèi)井壁采用磚砌結(jié)構(gòu)，磚的強(qiáng)度等級(jí)為MU10，砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M7.5。在砌筑過程中，保證磚縫的寬度和垂直度符合規(guī)范要求，確保內(nèi)井壁的穩(wěn)定性。進(jìn)水管、出水管和截流管的安裝是整個(gè)安裝過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。進(jìn)水管垂直穿過內(nèi)井壁和外井壁，與市政雨水管相連，確保雨水能夠順利流入裝置。進(jìn)水管采用直徑為[X]mm的HDPE管，具有良好的耐腐蝕性和抗老化性能。在連接進(jìn)水管與市政雨水管時(shí)，采用了密封性能良好的橡膠密封圈，確保連接處不漏水。出水管垂直穿過內(nèi)井壁，與附近的河湖相通，用于排放低濃度清潔雨水。出水管同樣采用HDPE管，管徑根據(jù)排放