为校园雨水花园建立“何时旁路”的入流堵塞预警

1 · 创新命题

中 面向由保洁/园艺人员维护的校园雨水花园，在入口沉砂区放置两个水位探头并记录降雨，只用“排空时间持续变长” 触发清淤或临时旁路，而不是等到一次暴雨溢流后才发现堵塞；目标提前至少 3 个模拟事件识别入渗能力跌破设计基线 50%。 EN A two-level-sensor maintenance trigger for school rain gardens that warns of inlet clogging at least three storm events before infiltration capacity falls below half its commissioned baseline.

2 · 背景与空白

雨水花园/生物滞留单元依靠土壤和植被削减径流，但入口沉积物、落叶与表层结皮会降低入渗。EPA SWMM 可模拟城市 雨洪，国际 BMP 数据库与各城市维护手册列有巡检要求；商业水位记录器也成熟。现实维护仍多按日历或肉眼积水， 没有以该设施“刚建成时自身基线”为参照。空白在：用极少传感器把排空曲线转成可执行的清淤/旁路触发， 并公开对土壤含水量、雨强和落叶负荷的误报边界。本题不声称净化污染物，只研究水力服务是否失效。

3 · 可检验假设

H1 在三个缩比土柱/雨水花园单元的逐步加泥实验中，基于归一化排空半衰期的规则能在入渗率低于初始值 50% 前 至少 3 个事件告警，精确率 ≥ 0.85。H2（采纳）一页红黄绿维护卡使 ≥ 8/10 名校园维护测试者选择正确动作； 英文原句：The warning turns a changing drain-down curve into a maintain, bypass, or inspect action.

4 · 量化验收标准

1. 【方法学校验 · 硬门槛】 用自建水位—入渗管线复现 ≥ 3 个已发表 Green-Ampt/Horton 入渗算例或标准土柱标定值， 累计入渗量偏差 ≤ 10%。此条不过，后续全部结论无效。
2. 三个独立单元、≥ 30 个事件，覆盖三种初始含水量与至少四级沉积负荷；单元是重复，时间点不是独立重复。
3. 时间序列按事件顺序前 70% 定阈、后 30% 盲测，并做随机事件划分对照量化高估。
4. 失效事件不平衡，报 PR-AUC、召回、精确率与提前事件数，明确不报 accuracy。
5. 数值模型时间步长减半后累计入渗变化 < 5%，报告水量守恒误差。
6. **最容易犯的致命错误：把传感器探头淤泥挂污造成的慢响应，当作设施排空变慢。**每事件做尺读交叉检查。

5 · 数据与工具

用途	来源 / 工具
台架	三个透明土柱/缩比单元、统一土壤级配、可控雨量喷头、称重出流桶
传感	防水压力/超声水位计 + ESP32；量程、温漂、价格需核实
模型	EPA SWMM LID 模块可做对照；其参数不自动代表实物，需自行标定
基准	EPA SWMM 示例、International Stormwater BMP Database 与本地维护手册——仅用于校验与对比，不计入数据贡献

能力边界：缩比土柱难以保持真实土壤结构与植物根系相似性；结论仅是预警方法可行性，不是现场寿命预测。 影响核算只统计被正确触发的维护动作、避免的台架溢流体积和每次清淤时间，不用一次缩比暴雨推算城市洪灾收益。校园若已有固定月检，必须作为强基线；传感方案只有在相同漏检率下减少巡检或更早发现，才可声称工作流优势。

6 · 赛季执行路径

1. 第 1–2 周：粒径/土壤安全核查，做三组公开入渗算例硬校验。
2. 第 3 周：建立三个单元初始基线与水量守恒；第 4–8 周逐级加泥、改变前期含水量。
3. 第 9 周盲测后 30% 事件；第 10 周拆检探头挂污并做尺读误差分解。
4. 第 11 周做 10 人维护卡任务；第 12 周完成旁路边界、BOM 与简述。

7 · 新颖性边界

不声称发明雨水花园、测出污染物去除或预测真实设施多年寿命。已有工作：EPA SWMM 已有 LID 模型， International Stormwater BMP Database 汇集性能，城市手册规定积水巡检，HOBO 等有水位记录器。 本项目贡献是以设施自身调试基线为参照的提前事件指标和保洁可执行三态工作流。 护城河类型：存量改造（C）+ 工作流替换（D）；跨设施基线库可积累，探头本身无壁垒。

8 · go/no-go

第 3 周末：若三个单元无堵塞时排空半衰期变异系数 > 20%，降级为具名 “单单元自身配对 + 人工尺读”， 放弃跨单元泛化但保留趋势预警。第 8 周末：若提前量 < 1 个事件或精确率 < 0.70，降级为 事件后维护分级器， 不再声称提前预警；若水位信号被挂污主导，则改用称重出流桶作为唯一传感器，主结论仍是排空曲线触发维护。