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创新

潮湿天气流量管理

多年来,人口爆炸、人口变化、城市化、万博提款要求老化、水资源有限和经济发展推动了我们的水市场,以及我们世界对整体水解决方案的需求。

作者:Raja Kadiyala,博士,CH2M 智能水解决方案总监;和肯尼思·汤普森,CH2M 智能水解决方案副总监

多年来,人口爆炸、人口变化、城市化、万博提款要求老化、水资源有限和经济发展推动了我们的水市场,以及我们世界对整体水解决方案的需求。然而,在过去十年中,我们看到这些传统驱动因素被气候变化和世界各地的恶劣天气事件放大了——比如超级风暴桑迪;英国的洪水;加利福尼亚、澳大利亚和巴西严重干旱。在世界的许多地方,就在美国这里,水要么太多要么太少。

气候变化使得准确预测海平面上升以及未来风暴的可变性和强度将如何影响某些地区变得困难,这就是为什么我们看到客户寻求整体解决方案来应对水系统挑战和建立弹性的趋势进入他们以备将来发生的严重事件。

自废水收集和处理开始以来,在潮湿天气事件期间管理未经处理的污水溢出是困扰公用事业的挑战。在美国有两种类型的系统。第一种是联合下水道系统,其中废水和雨水被合并到同一个收集系统中,并在下游处理厂进行处理。合并流像废水流一样处理,具有严格的合规性要求。第二种类型是单独的系统,城市或公用事业单位运行单独的废水和雨水系统。在这些系统中,废水在下游处理厂进行处理。雨水根据下游接收水以不同的方式处理,并且由于合规要求较低,处理过程通常大大减少。

在这两种情况下,极端潮湿的天气事件都会造成管道激增的问题,因为流量超过容量并导致未经处理的污水排放。组合系统的高流量是显而易见的,因为雨水的添加成分直接流入收集系统。 

单独的系统在不同程度上受到雨水通过有缺陷或放置不当的检修孔、非法连接或损坏的下水道管道渗透的影响,这可能导致污水溢出。

物联网正在为公用事业公司创造新的传感和监控机会,用于管理其收集系统的远端。物联网爆炸式增长到 2020 年将有 500 亿台连接设备,到 2025 年将有 1000 亿台连接设备。为了利用物联网,CH2M 的智能水解决方案团队已开始部署智能技术和先进的数据分析,以产生近乎实时的信息和控制公用事业公司能够改善其响应并最大限度地减少对环境的溢出,而无需投资于大型和昂贵的存储或容量扩展。这些系统包括使用蜂窝传感器检测天气状况(如降雨)、管道流量、检修孔水位和水质传感器。来自传感器的数据与天气雷达数据合并,并通过高级分析和实时模型进行处理,以抢先调整运营。通过在潮湿天气之前抽取储罐、将废水转移到基于天气模型和水力模型具有容量的区域以及对废水的水质进行分析以推动处理决策来优化现有系统容量。下面说明了不同可视化的两个示例。

该图显示了与渗透相关的两个大峰。

第一个示例说明了在潮湿天气溢出的升降机站的初始降雨事件的影响。该图显示了与渗透相关的两个大峰。事件发生后的持续渗透是地下水渗入上游收集系统的有力指标。公用事业公司使用来自多个地点的支持物联网的数据来确定他们最大的渗透问题在哪里以及未来的资本支出应该集中在哪里。

 该图是资产准备情况(左侧)以及通过实时控制避免的合流下水道溢流减少的图形说明。

第二个例子是一个机构,该机构根据环境保护署的同意法令对过度的联合下水道溢流进行工作。开发了一个系统来集成来自收集系统中的雨量、流量和水位以及水质的多个传感器的数据,以提供实时收集系统管理并最大限度地减少溢出。上图是资产准备情况(左侧)以及通过实时控制避免的合并下水道溢出减少的图形说明。

如今,公用事业面临着许多挑战,可以通过利用物联网爆炸来获得新功能,这需要三个步骤。首先,集成新技术、数据处理应用程序和响应协议将需要公用事业公司的前期愿景,理想情况下可以防止无法有效管理或无法为公用事业公司提供全部利益的已实施解决方案的大杂烩。其次,文化接受需要成为计划的一部分,因为这些系统要求修改或改变已经存在多年的流程。最后,实用程序将需要定义专用于该程序的角色。最终目标是利用这些新的数据财富,最大限度地提高纳税人的投资回报。

这是最初出现在美国商会基金会企业公民中心发布的案例研究副本“从稀缺到丰富:水资源受限世界的商业解决方案”。通过访问获取完整版 CCC 的网站

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