圣地亚哥县利用近实时数据减少干旱天气流量
为了保护加利福尼亚州的水体，圣迭戈县与伍德环境和基础设施公司（伍德）等工程和咨询公司建立了合作伙伴关系。 伍德环境与基础设施公司）等工程和咨询公司合作，实施流量监测计划，以确定瞬时高流量事件，并跟踪旱季流量逐年减少的情况。
圣地亚哥县是加利福尼亚州人口第二多的县，两侧有 70 多英里长的海岸线和美国最美丽的水上娱乐场所。圣迭戈县是多个圣迭戈地区市政单独雨水排放系统 (MS4) 许可*协约委员会之一，负责保护沿海岸线的水质，这些水质可能会受到通过雨水排放网络的非雨水或 "旱季 "水流的影响。为了保护这些水体，圣迭戈县与伍德环境和基础设施公司（伍德）等工程和咨询公司合作，执行流量监测计划，以识别瞬时高流量事件，并跟踪旱季流量逐年减少的情况。自 2017 年以来，伍德一直在使用METER 数据记录器和水位传感器来提供高质量的流量数据，以满足该计划的需求。
近乎实时的流量数据
旱流，或称 "非雨水流"，是指在没有降水的典型日子里进入 MS4 的任何水流**。旱季水流可能携带细菌和其他污染物，造成旱季水流的原因包括过度灌溉、泳池排水、洗车和非法污水倾倒等短暂水源，以及地下水渗透和地下管道破裂等持续水源。圣地亚哥县土地利用/环境规划师 Neil Searing 说："我们的主要目标之一是通过 MS4 许可证减少非雨水流量，从而减少污染物。我们需要对这些目标进行衡量，这就是监测计划的作用所在。我们需要一种方法来量化流量的减少，以了解我们的策略是否成功"。
圣地亚哥县每年从 5 月到 10 月对大约 80-90 个 MS4 排放口进行旱季流量监测。大多数站点使用的主要方法是将 V 形缺口堰、METER 的HYDROS 21 传感器（水位、温度和电导率）以及与cloud 连接的数据记录器结合在一起。记录器将信息传递给一个名为ZENTRA Cloud 的数据管理软件，该软件可让用户近乎实时地远程查看数据。
一旦发现异常或高流量，圣迭戈县和伍德公司的工作人员就会开展宣传和教育活动，以减少这些流量来源。近乎实时地查看数据可以实现高流量检测、快速决策和数据驱动管理。杰里米-伯恩斯（Jeremy Burns）和亚历克斯-梅西纳（Alex Messina）是伍德公司的环境科学家，负责流量监测项目的技术和数据分析工作。Burns 解释说："圣地亚哥的水质改善计划（WQIP）正在努力实现不同的监管目标，以符合其 NPDES 许可证的要求。其中一个目标是在 一段时间内 减少旱季 流量 的百分比 。他们正在对许多地点的旱季流量进行跟踪，以了解管理措施是否有效。他们利用我们收集的流量数据来发现潜在的问题。例如，当我们发现流量高峰期反复出现时，圣迭戈县会前往现场观察。他们可能会发现一个坏掉的洒水器正流入下水道，并要求居民进行维修。
图 3 是一个可能因夜间过度灌溉而导致经常出现大流量的地点。每晚午夜前后都会观测到大流量。ZENTRA Cloud 的 "目标范围 "功能允许伍德设置易于察觉的大流量阈值。灰色表示水位低于堰塞湖的 V 形缺口（不流动），绿色表示水流通过 V 形缺口，黄色表示水流在堰塞湖的矩形部分流动，红色表示堰塞湖完全被淹没。此外，还绘制了电池水位图。
V 型缺口堰的灵敏度/精确度如何？
Messina 说，V 形缺口堰的设置对流量变化非常敏感，即使只是洒水器出了问题。他说："一般来说，很容易在数据中看到峰值。V 形缺口堰对非常微小的流量变化非常敏感，但这取决于堰后有多少水。在某些地区，进水管是平的，堰后可能积有 50 加仑的水。如果流量很小，堰塘需要一段时间才能填满。但是，一旦池塘满了，水就会直接流过。在某些情况下，我们会受到基础设施的限制。我们会建一个堰塘，让水倒流，然后水就会从管道的缝隙中渗出。但在另一些地区，我们会检测到一个喷水器喷水，数据会在五分钟内激增，然后回落。
与自然河道中的流量测量相比，使用 V 形缺口堰可以获得非常高的精度和较低的不确定性。对于年与年之间的比较，数据精度必须非常高，才能检测到流量的微小百分比变化，而且堰塞湖的数据质量直接取决于水位传感器的精度和可靠性。使用像HYDROS 21 这样的排气式水位传感器，可以消除进行气压补偿时的不确定性，而进行气压补偿则是非排气式压力传感器所必需的，而且还可以省去数据处理的一个步骤，从而降低分析师的成本。圣迭戈县和伍德公司在实验室和现场对不同的压力传感器进行了比较研究，发现 METERHYDROS 21（原名 CTD）传感器的实际精度为 +/-0.1 英寸（Burns，2019 年）。
结合多种数据源
不同年份收集的流量数据显示，许多 MS4 排放口的恒定基流水平不一。据推测，基流增加的原因是冬季降雨量较高，导致地下水位上升，并渗入 MS4。圣地亚哥县和伍德进行了一项旱季流量源跟踪研究，以确定自来水和地下水对总流量的贡献。
Messina 说，多种数据来源有助于确定旱季水流的不同来源，这样圣迭戈县就能做出明智的决策。"我们研究水流动力学、地球化学和稳定同位素，以确定水源的特征。稳定同位素比值不会随着水流在流域内的移动而改变，并保留其原始水流源（自来水或地下水）的特征，因此是很好的参考数据。水流动力学可以与稳定同位素数据相结合。例如，如果水流是恒定的，而同位素数据显示是自来水，那可能是管道漏水。如果同位素显示不是自来水，那么恒定水源很可能是地下水。我们还利用地球化学来帮助我们检测自来水的特定来源，如用于灌溉的再生水。我们还使用其他指标，如表面活性剂（MBAS）。例如，如果我们检测到表面活性剂，这就表明来自洗车场等地的地表径流。
Burns 说，来自HYDROS 21 传感器的电导率数据也很有用。他说："我们过去只测量水位。但改用
HYDROS 21 传感器的好处之一，除了经济实惠和近乎实时的遥测之外，就是电导率测量。它为我们现在分析数据增加了一个新的方面。它对于观察探头是否干燥（里面根本没有水）或大流量是否显示出电导率的变化（例如，由于雨量计无法检测到的稀疏局部降雨）特别有用。这是另一个数据点，可以帮助我们了解输入雨水渠的是地下水还是自来水"。
经验教训
Messina 说，在项目实施过程中，他们了解到测量雨水渠中的流量比最初看起来要复杂得多。他解释说："尽管这是一个'低流量'项目，但有些雨水渠的流量并不低。如果消防栓破裂或有人在水池中排水，就会导致流量发生巨大变化。这种大范围的流量是一个问题，因为围堰有一个推荐的流量目标范围，这意味着有些围堰是为低流量设计的，而有些则是为高流量设计的。HYDROS 21 水位传感器可以适应我们在堰后测量的大范围水位。此外，每个人都认为我们测量的是密封系统中的流量。但事实证明，水流进出的管道上有很多裂缝。而且，在某些情况下，现有地图上没有显示的已建基础设施会使流量测量变得复杂。一个住宅项目可能会将一条天然小溪引入雨水管道，作为管理流经该开发项目的水流的最便捷途径。因此，我们测量的是自然系统和人工建造系统的混合体，这比我们最初意识到的要复杂得多。
Messina 补充说，理解流量数据和旱季流量来源可能很复杂。他说："这其中存在一些干扰因素。例如：如果一年中雨水增多或减少，地下水位是否会影响我们看到的流量？此外，当绝对差值很小时，相对差值（或差值百分比）可能会很大，这可能无法提供信息。例如，如果一个地点的流量从每天 0.1 加仑增加到 0.2 加仑，那么差值就是 100%。仅仅因为看似有很大的百分比变化，圣迭戈县可能并不需要投入资源来解决这个问题。
计划的成功
关于圣迭戈县水质改善计划的总体成功，伯恩斯说："我认为我们很好地解释了他们正在处理的复杂问题。我认为这很有帮助。流量数据被用来说服利益相关者采取最佳管理措施，如增加植被缓冲区和改用耐旱景观设计来控制过度灌溉。第二年收集的流量数据显示，这些努力成功地减少了下游雨水渠的流量（Wisniewska 和 Messina，2019 年）。
项目的未来
MS4 许可中的非暴雨减排要求将继续要求区域共同许可委员会开展教育和宣传活动，并监测 MS4 流量，以评估 WQIP 目标的实现情况。尽管区域各方采用类似的方法进行流量监测是有益的，但可以采用多种方法。本文简要介绍了低流量监测所面临的许多挑战，以及使用带有 METERHYDROS 21 传感器和cloud 连接数据记录器的定制围堰的精确方法。近实时数据的主要好处之一是能够发现数据异常并迅速做出反应。
在 METER，通过与圣地亚哥县和伍德公司等团体的实际项目合作，ZENTRA Cloud 的功能不断得到改进。未来的一些改进包括：对主要流量设备进行编程，以查看实时流量值，而不仅仅是水位；针对各种参数或参数组合的多种报警阈值；以及向团体或个人发送短信和电子邮件通知。通知可使团队对环境条件做出高度响应，并在理想情况下提高观察流量来源和及时补救的能力。在各机构继续追逐具有挑战性且往往稍纵即逝的水流源的同时，灵活、经济、用户友好地获取可靠数据是实现水流削减目标的关键因素。
参考资料
Burns, Jeremy.2019."我的流量数据有多准确？水位传感器评估对合规性评估的信心 "加州暴雨质量协会（CASQA）年会。2019 年 10 月。(演讲链接）
Wisniewska、Joanna 和 Messina、Alex。2019 "Flow Source Forensics：使用多种证据识别和量化干旱气候流源"。CASQA）年会。2019 年 10 月。(演讲链接）
备注
*经 R9-2015-0001 和 R9-2015- 0100 号命令修订的 R9-2013-0001 号命令。国家污染物排放消除系统 (NPDES) 许可和圣地亚哥地区流域市政单独雨水排放系统 (MS4) 的废物排放要求。
**MS4 许可证对干燥天气的定义是："如果之前 72 小时内没有可测量的降水（>0.1 英寸），则视为干燥天气"。
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