智慧海绵城市 | 如何在云平台上解决雨污混合溢流污染以及洪涝灾害?

随着飓风哈维(Harvey)和伊玛(Irma)先后袭击美国带来巨大经济社会损失,雨洪管理再次被推上风口浪尖。传统的方法该如何改进?如何更加创新且高效地管控雨水?今天GWI就为大家带来美国雨水基础设施软件及云平台技术公司OptiRTC专访,一起来看看美国是如何在“云”上解决雨污混合溢流污水的难题的。

美国OptiRTC(以下简称Opti)公司凭借多个成功试点项目于去年2月获得了近550万美元的融资后快速发展,目前在美国的21个州均有安装案例,客户群广泛覆盖美国多个主要城市,其中包括:费城,宾夕法尼亚州,丹佛,科罗拉多州,奥马哈,内布拉斯加州、伊利诺伊州和芝加哥。

Opti的首席执行官兼创始人Marcus Quigley告诉GWI,Opti通过搭建将云传感器、预测和环境背景整合在一起的云平台,为城市雨水基础设施提供直接有效的连续监测和自适应控制,帮助客户解决三个核心的问题:

  • 雨洪控制
  • 排水水质提高
  • 下水道雨污混合溢流(CSO)减少

Quigley解释说,Opti采取的是模块化标准化的产品策略,用户可以根据不同的环境组装配置产品,而不需要随着时间的变化设计新的软件系统并重新集成,Opti的雨水管理云平台对现有的传感器、阀门、天气预测装置和微控制器进行集成,并利用物联网技术预测管理分布式系统。而市场上另一模式是根据不同的客户与环境提供定制化的产品,比如EmNet公司为特定用户提供“单一租户的定制化”软件系统。

Quigley说:“对于应对一些特殊暴雨的情况,我们有时不得不作特定的定制化解决方案。比如,在微控制器上运行我们自己的固件并构建我们所有的云应用程序。” 所有收集所得的数据将通过蜂窝遥测网络进行传输,并通过算法计算出雨水储存设施需要释放多少水量以在降雨高峰期更好地存储雨水(见下图)。用户可以通过Opti的门户网站和服务端口(如公共应用程序编程接口(API))对数据进行访问。

Opti于2014年从母公司Geosyntec中独立出来,至今已获得近1100万美元的投资。Quigley告诉GWI,“现阶段我们的重点依然放在美国市场,这是一个发展成熟并且庞大的市场。这几年我们也取得了不小的进展,许多城市从一开始在小范围内尝试我们的产品,逐渐转变为在更大的规模中使用我们的技术。” Quigley同时估计,公司可获得的美国CSO市场规模每年约为30至40亿美元。

这一庞大的市场同样促进了学术界对雨水智能化控制软件系统的研究。美国国家科学基金会(NSF)在2017年10月授予密歇根大学180万美元实施一个为期三年的项目,对智能化雨水控制系统的原型设计进行开发,以应对日趋严重的洪水灾害问题。在2014年NSF还为一个自学习遗传算法和绿色基础设施的研究项目资助80万美元的研究经费,这一项目预计将于2018年7月完成。

位于俄勒冈州的地方雨水管理部门CWS于2014年开始使用Opti的技术,并计划将这一技术和软件系统的适用范围扩大至流域层面。CWS的工程项目经理Richard Boyle告诉GWI,他们正在研究同时支持多种系统集成的“逻辑参数”,以便根据流量达标范围内的降雨情况做出更准确的决策。

“整个盆地不同区域的降雨量都不一样。我们正在研究适用于多个系统同时运行的参数,从而制定基于雨水实际下落的位置、水流水质状况和环境影响的设施运行方案。”Boyle说。

他同时补充道,自从美国在清洁水法案中引入对流域污水排放许可证的相关规定后,CWS一直在与Opti进行合作,研究土地利用率的变化对河流水质的影响,并制定相应的“程序和方法论”。

据美国环保局预估,美国每年有大约8500亿加仑(32亿m3)的雨污混合污水由于溢流问题未经处理就排放进河道内,造成了严重的污染。针对这一现况,Opti与纽约州奥尔巴尼市紧密合作,在一年中解决了60至70个CSO的问题。

奥尔巴尼市供水局副局长William Simcoe表示:“雨污合流的区域每隔几年都会发生暴雨灾害,造成了极大的财产损失。为了应对这些挑战,纽约市与Opti合作开展了两个重大项目,其中之一是一个绿色基础设施项目,Opti对人工湿地系统中的雨水储存设施进行管理,并设计暗渠以便在未来将雨水输送至泵站对雨水进行综合利用。”

“为了更好地应对预测的特大降雨,Opti帮助纽约市将水位降低到合适的程度,以确保足够的雨水存储空间。” 奥尔巴尼市供水局合作伙伴CHA咨询副总裁Michael Miller告诉GWI。

成本效益是Opti的最大优势之一。Quigley强调道:“在大多数情况下,我们比其他的替代解决方案便宜50%到90%左右。” Miller补充说,与传统的灰色基础设施项目(包括管网、污水处理系统等)相比,奥尔巴尼市的绿色基础设施项目是一个非常经济的解决方案。

尽管价格优势为Opti增加了竞争力,Opti并没有将其成功完全归功于此。Quigley说:“过去,并没有具体的数据来显示在绿色基础设施和雨水管理方面的工作进展。但使用Opti的软件系统后,雨水基础设施的管理和控制过程中会有详细的数据不断产生,方便用户更好地监控系统的运行与检验性能。”

除了详尽的运行数据外,政策驱动也是促进Opti业绩增长的一大原因。根据纽约市引进的新法律,对雨洪设施进行管控的水司需要对其排放入哈得逊河的具体水量进行公示,这无疑加速了Opti软件系统在奥尔巴尼市的大范围应用。Simcoe说:“为了遵守排水及污水污染‘知情权’的要求,我们已经安装了新的仪器和自适应控制设备,以便我们可以知晓溢流的发生时间,并对存储系统进行监测和控制。”他表示:“过去我们没有仪器和遥测网络,因此也无法验证我们所做的措施的有效性,但现在我们可以通过监控系统进行实时的检测。”

奥尔巴尼市现在已经安装有一个用于实时监测污水处理厂雨污管道及溢流情况的SCADA系统(数据采集与监视控制系统)。Miller表示,这些智能化的实时监测工具能够帮助识别潜在的运营风险,这些数据也将为未来城市优先建设方向提供指导意见。

作为奥尔巴尼市供水局副局长,Simcoe非常看好智能化雨洪管理技术的发展前景,“我们已经确定了下一步大型防洪减灾项目的计划,并开始考虑绿色基础设施及其优化方案。这个市场有很多的机会,抓住它们的关键也许是转变我们对于这些‘可能性’的态度。”

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