按浊度触发而非固定体积的屋顶雨水初期弃流器

1 · 创新命题

中 面向把屋顶雨水用于冲厕/灌溉的学校与小型建筑，用低成本透射光浊度探头控制弃流阀，只在事件开始的污染段 旁路，而非像 Rain Harvesting Pty 的 First Flush 系列按固定容积排放；目标是在满足预设浊度阈值时，把每场被弃掉 的可用雨水体积中位数降低 ≥ 30%。EN A turbidity-triggered rooftop first-flush diverter that bypasses the dirty start of each storm rather than a fixed volume, retaining at least 30% more usable water while meeting a predeclared non-potable turbidity threshold.

2 · 背景与空白

屋面尘土、鸟粪与叶屑会在降雨初期被冲下。商业初期弃流器通常按屋面面积设固定体积，简单可靠，却不区分前期 干旱天数、雨强和屋面材质；研究已证明 first-flush 效应高度事件相关。Arduino 浊度模块常被用于演示，但漂移、 气泡和污染使其不能直接当合规仪器。空白在：没有把廉价探头只用作“切换决策”、并与固定容积控制做逐场 配对的公开证据。本题明确服务非饮用复用，不声称把雨水变成饮用水，也不触碰已饱和的净化材料路线。

3 · 可检验假设

H1 在 ≥ 20 场真实或可复现实验雨事件中，浊度触发策略在出水浊度不劣于固定容积基线的条件下，使弃流体积 中位数降低 ≥ 30%。H2（机制/采纳）最优阈值随 antecedent dry days 改变；加入干旱天数分层后，误放污染水 事件不增加，英文原句：Event-aware switching retains more non-potable water without relaxing the same turbidity rule.

4 · 量化验收标准

1. 【方法学校验 · 硬门槛】 用自建探头复现 ≥ 5 个由校准浊度计或已公开标准悬液给出的标定点， 0–100 NTU 设计域内偏差 ≤ 10% 或 ≤ 2 NTU（取较大者）。此条不过，后续全部结论无效。
2. ≥ 20 个事件；每场同时分流到固定容积基线与触发组，记录 10 秒级浊度、流量和阀状态。
3. 统计口径预先写死：降雨事件体积重尾，报中位数与四分位距，不报均值；按事件配对比较，不把同场时间点当独立样本。
4. 传感器漂移在每场前后用两个标准点复核；气泡/挂污造成的无效读数率必须报告。
5. **最容易犯的致命错误：用实验组的连续传感数据优化阈值后，又在同一批雨事件上宣称节水收益。**必须按事件时间顺序留出后 30% 盲测。

5 · 数据与工具

用途	来源 / 工具
水质真值	可借用便携式浊度计（型号/校准状态需核实）或商业标准液；廉价模块不得自证准确
流量与控制	ESP32、食品级透明流通池、电磁/舵机夹管阀、称重式集水桶；BOM 型号与价格需核实
天气	NOAA/当地气象站逐分钟降雨；自制翻斗雨量计先与公开站校验
基线	Rain Harvesting Pty First Flush 产品说明与屋面固定体积指南——仅用于校验与对比，不计入数据贡献

能力边界：浊度不等于病原体或化学安全；装置只控制弃流，非饮用水用途仍须遵守当地规范（需核实）。 商业与影响口径也预先封口：只核算每场实测保留体积和阀门维护次数，不把短期多留的雨水外推成全年账单节省；若屋面所有者仍需定期清洗探头，必须把清洗工时列入单位经济，而不能把传感器维护写成“零成本”。

6 · 赛季执行路径

1. 第 1–2 周：搭流通池，做五点标定、漂移和气泡测试；冻结数据有效性规则。
2. 第 3–4 周：做可重复人工冲刷事件，验证双路配对与质量守恒。
3. 第 5–8 周：采真实降雨；若天气不足，按 go/no-go 使用公开屋面径流序列驱动台架。
4. 第 9 周：只用前 70% 事件选阈值，后 30% 盲测；第 10 周做干旱天数机制分析。
5. 第 11–12 周：维护/挂污测试、BOM、非饮用合规边界与简述。

7 · 新颖性边界

不声称发明 first flush、不声称浊度代表微生物安全、不提出新传感器。已有工作：Rain Harvesting Pty 销售固定容积弃流器；屋面径流文献已报道事件相关 first-flush；2026 AquaMOF 与 Soaring Seeds 做的是净化。 本项目贡献是同阈值、逐事件配对的自适应切换证据与廉价探头作为控制器而非合规仪器的诚实边界。 护城河类型：工作流替换（D）+ 极端具体（G）；累积的屋面—气候事件库可形成弱数据壁垒。

8 · go/no-go

第 4 周末：若台架阀切换后两路体积质量守恒偏差 > 8%，先降级为具名 “人工三通阀 + 屏幕提示”， 保留传感与决策研究，去掉自动执行。第 7 周末：若真实有效雨事件 < 8 场，降级为 OpenStorm/公开屋面径流 时序回放 + 12 个可重复人工污染负荷台架事件；主结论仍比较触发式与固定容积，但不声称现场全年节水。