基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調(diào)控裝置及運行方法與流程

本發(fā)明涉及雨水源頭減排和水資源保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調(diào)控裝置及運行方法。

背景技術(shù)：

全球性水資源短缺關(guān)系到糧食安全、生態(tài)安全、環(huán)境安全和經(jīng)濟(jì)安全，甚至生命安全，是當(dāng)前亟待解決的重大問題。根據(jù)水利部官方統(tǒng)計，我國當(dāng)前水資源短缺情況十分突出，淡水資源量人均只有2200立方米，僅為世界人均水平的四分之一，在世界上名列第121位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。近幾年，每逢雨季，各地城市輪番上演“城市看?！钡木跋螅斐蓢?yán)重的洪澇災(zāi)害和人員傷亡及財產(chǎn)損失。2015年4月，我國首批“海綿城市”建設(shè)試點城市名單正式公布，標(biāo)志著我國在城市建設(shè)過程中更加注重人水和諧，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市理念注重加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束，通過源頭減排、中途轉(zhuǎn)輸和末端調(diào)蓄等措施實現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，提高對徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力。雨水收集利用則是源頭減排最直接的手段，是實現(xiàn)雨水高效“蓄、滯、用”的重要措施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調(diào)控裝置及運行方法，克服現(xiàn)有屋面雨水源頭減排技術(shù)設(shè)備智能化程度低、涵養(yǎng)地下水技術(shù)中對雨水污染考慮不足等缺陷，提高雨水收集利用效率，減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)壓力，削減城市徑流污染負(fù)荷，改善和修復(fù)城市水環(huán)境。

技術(shù)方案：本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的一種基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調(diào)控裝置，包括控制系統(tǒng)、棄流系統(tǒng)、蓄水系統(tǒng)和涵養(yǎng)地下水系統(tǒng)。

所述的控制系統(tǒng)包括閘室、弧形閘門、鉸座、啟閉機(jī)和控制單元，閘室豎直布置并固定在建筑物外墻面，閘室的上下壁面分別設(shè)有圓形進(jìn)水口和圓形出水口、右側(cè)壁面設(shè)有矩形出水口，弧形閘門的下端與鉸座相連、上端通過鋼絲繩與啟閉機(jī)相連。

所述的棄流系統(tǒng)包括初期雨水棄流箱、浮球液位開關(guān)、光照傳感器和棄流孔，初期雨水棄流箱豎直布置并固定在建筑物外墻面，初期雨水棄流箱側(cè)面的上端設(shè)有矩形進(jìn)水口、下端設(shè)有棄流孔，矩形進(jìn)水口與閘室側(cè)壁面的矩形出水口相連通，浮球液位開關(guān)懸掛在初期雨水棄流箱內(nèi)壁右上側(cè)，光照傳感器固定在初期雨水棄流箱外壁面。

所述的蓄水系統(tǒng)包括雨水收集管道、儲水箱、取水口、溢流管和通氣管，儲水箱的頂部設(shè)有圓形的進(jìn)水口和溢流口、側(cè)面右下端設(shè)有圓形的取水口，雨水收集管道上端與閘室的圓形出水口相連、下端與儲水箱的進(jìn)水口相連，取水口裝有控制閥門，溢流管由豎直段和水平段組成，豎直段下端與儲水箱的溢流口相連，水平段的側(cè)面設(shè)有豎直向上的通氣管。

所述的涵養(yǎng)地下水系統(tǒng)包括雨水調(diào)控箱、涵養(yǎng)地下水管道、承臺、涵管和滲水孔，雨水調(diào)控箱通過管道與蓄水系統(tǒng)的溢流管對接，涵養(yǎng)地下水管道豎直固定在承臺上，涵養(yǎng)地下水管道的上端、下端分別與雨水調(diào)控箱和涵管相連通，涵管的末端設(shè)有滲水孔。

所述控制單元中設(shè)有單片機(jī)和信號轉(zhuǎn)化器，控制單元能夠通過微程序接收、讀取浮球液位開關(guān)和光照傳感器傳輸?shù)男盘?，并向啟閉機(jī)和棄流孔的電動閥門發(fā)出控制信號。

在本發(fā)明中，所述閘室的形狀為倒立、豎直的1/4空心圓柱體，閘室的上壁面、右側(cè)壁面均為矩形，閘室的前、后側(cè)面為1/4的圓，左側(cè)壁面和下壁面為曲率相同的曲面且連接為一體。

在本發(fā)明中，所述承臺設(shè)有豎直的洞，洞的數(shù)量與間距等于所述涵養(yǎng)地下水管道的數(shù)量與間距。

在本發(fā)明中，所述涵管位于所述承臺之下并延伸到建筑物地基之外的四面八方，涵管的管壁上設(shè)有若干個滲水的小孔，涵管的末端也設(shè)有若干個滲水孔。

作為優(yōu)選，所述弧形閘門與閘室的前、后側(cè)面銜接的側(cè)邊上設(shè)有側(cè)板，弧形閘門關(guān)閉時，側(cè)板正好插入所述的初期雨水棄流箱的矩形進(jìn)水口中。

作為優(yōu)選，所述涵養(yǎng)地下水管道各根管道上端的進(jìn)水口從周圍向中心依次升高，在雨水調(diào)控箱內(nèi)部的涵養(yǎng)地下水管道側(cè)面設(shè)有若干個小孔。

作為優(yōu)選，所述涵管采用耐腐蝕、耐生銹且抗壓性能好的材料。

作為優(yōu)選，所述通氣管與溢流管以及雨水調(diào)控箱頂部連通。

作為優(yōu)選，所述涵養(yǎng)地下水管道穿過承臺的洞與涵管相連。

作為優(yōu)選，所述承臺頂部高于地面20cm～30cm。

作為優(yōu)選，所述涵管的管壁上設(shè)有若干個滲水的小孔。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案還包括基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調(diào)控裝置的運行方法，包括如下步驟：

①在未降雨前，整個裝置處于初始狀態(tài)，弧形閘門處于開啟狀態(tài)，棄流孔和取水口處于關(guān)閉狀態(tài)；

②在降雨初期，屋面雨水通過落水管進(jìn)入閘室的進(jìn)水口，受到弧形閘門阻擋后通過矩形出水口進(jìn)入初期雨水棄流箱的矩形進(jìn)水口，初期雨水棄流箱中的雨水開始上升，浮球液位開關(guān)的浮球隨著雨水逐漸上升，當(dāng)浮球上升至預(yù)計水位時，接通內(nèi)部線路并將信號發(fā)送給控制單元，控制單元接收到信號后，接通啟閉機(jī)電源關(guān)閉弧形閘門，此時雨水通過閘室的圓形出水口進(jìn)入雨水收集管道；

③蓄水系統(tǒng)開始蓄水，雨水自動收集到儲水箱中，當(dāng)雨水充沛時，隨著雨量的增加，儲水箱水位持續(xù)上升，儲水箱蓄滿后，雨水開始進(jìn)入溢流管，溢流管和雨水收集管道中的水位同步上升，當(dāng)水位上升至溢流管的水平段時，雨水開始進(jìn)入雨水調(diào)控箱，接著先通過周圍涵養(yǎng)地下水管道的低位進(jìn)水口流入涵管，輸向遠(yuǎn)離建筑物的地下；

④在雨量較大的情況下，雨水調(diào)控箱的水位逐漸上升淹沒涵養(yǎng)地下水管道的低位進(jìn)水口，雨水開始流入次高位進(jìn)水口繼續(xù)將潔凈的雨水滲入地下，當(dāng)雨水調(diào)控箱的水位逐漸上升淹沒涵養(yǎng)地下水管道的次高位進(jìn)水口后，雨水開始流入更高位進(jìn)水口并繼續(xù)將潔凈的雨水滲入地下，依此逐級淹沒各級進(jìn)水口，持續(xù)補給地下水；

⑤當(dāng)雨過天晴，太陽出來后，光照傳感器接收到太陽光的照射，將光強信號傳輸給控制單元，控制單元接受信號后通過內(nèi)部計時器開始計時，當(dāng)光強信號超過8個小時時，控制單元向棄流孔電動閥門發(fā)出控制信號開啟棄流孔，初期雨水棄流箱的雨水開始排放，此時排放的雨水已經(jīng)錯開降雨時的路面徑流洪峰；

⑥當(dāng)初期雨水棄流箱中的雨水排放完畢后，浮球液位開關(guān)的浮球恢復(fù)到原始最低位，內(nèi)部線路斷開并將信號發(fā)送給控制單元，控制單元接通啟閉機(jī)電源打開弧形閘門，同時關(guān)閉棄流孔的閥門，使整個裝置恢復(fù)到初始狀態(tài)；

按照上述相應(yīng)步驟，即可實現(xiàn)屋頂雨水源頭調(diào)控和涵養(yǎng)地下水的過程。

有益效果：本發(fā)明的基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調(diào)控裝置及運行方法，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明中的棄流系統(tǒng)、蓄水系統(tǒng)和涵養(yǎng)地下水系統(tǒng)能夠有效降低雨污合流，減輕城市排洪壓力和城市污水處理壓力。

(2)本發(fā)明中的儲水箱收集的雨水能夠作為優(yōu)質(zhì)水源用于綠化、洗滌和景觀水體，極大地減輕城市供水壓力；能夠作為優(yōu)質(zhì)水源補給地下水，不僅避免地下水污染，而且避免地下水過度開采造成的地面塌陷危害。

(3)本發(fā)明中的光照傳感器接收到太陽光的照射時能夠持續(xù)將光強信號傳輸給控制單元，控制單元接受信號后通過內(nèi)部計時器開始計時，當(dāng)光強信號累計超過8小時，控制單元開始向棄流孔電動閥門發(fā)出控制信號開啟棄流孔，初期雨水棄流箱的雨水開始排放，此時排放的雨水已經(jīng)錯開降雨徑流洪峰，實現(xiàn)了雨水徑流總量和徑流峰值的有效控制。

(4)本發(fā)明中的雨水調(diào)控箱能夠提高涵養(yǎng)地下水管道中的雨水水頭，提高涵管中雨水下滲速率；在雨水調(diào)控箱內(nèi)部的涵養(yǎng)地下水管道從周圍向中心依次升高，側(cè)面設(shè)有若干個小孔，能夠避免雨水對地下土壤的沖刷。

(5)本發(fā)明中的通氣管能夠排出蓄水系統(tǒng)和涵養(yǎng)地下水系統(tǒng)中滯留的空氣，避免裝置內(nèi)產(chǎn)生高壓，損壞管道或其他部件。

(6)本發(fā)明中的涵管上開有若干個滲流孔，便于雨水及時高效滲入地下土壤中。

(7)本發(fā)明中的承臺能夠保護(hù)建筑物地基，同時能夠固定涵養(yǎng)地下水管道。

(8)本發(fā)明中的控制單元中設(shè)有單片機(jī)和信號轉(zhuǎn)化器，控制單元能夠通過微程序接收、讀取浮球液位開關(guān)和光照傳感器傳輸?shù)男盘?，并向啟閉機(jī)和棄流孔的電動閥門發(fā)出控制信號，實現(xiàn)了裝置運行過程的自動化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調(diào)控裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中的閘室內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1或圖2中的閘室進(jìn)出水口結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖1中的涵管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-控制系統(tǒng)，10-落水管，11-閘室，111-圓形進(jìn)水口，112-圓形出水口，113-矩形出水口，12-弧形閘門，121-側(cè)板，13-鉸座，14-啟閉機(jī)，15-控制單元；2-棄流系統(tǒng)，21-初期雨水棄流箱，211-矩形進(jìn)水口，22-浮球液位開關(guān)，23-光照傳感器，24-棄流孔；3-蓄水系統(tǒng)，31-雨水收集管道，32-儲水箱，321-進(jìn)水口，322-溢流口，33-取水口，34-溢流管，35-通氣管；4-涵養(yǎng)地下水系統(tǒng)，41-雨水調(diào)控箱，42-涵養(yǎng)地下水管道，43-承臺，44-涵管，45-滲水孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1-圖4所示，本發(fā)明的基于海綿城市理念的屋面雨水源頭調(diào)控裝置，該裝置包括控制系統(tǒng)1、棄流系統(tǒng)2、蓄水系統(tǒng)3和涵養(yǎng)地下水系統(tǒng)4。

其中，控制系統(tǒng)1包括閘室11、弧形閘門12、鉸座13、啟閉機(jī)14和控制單元15，閘室11豎直布置并固定在建筑物外墻面，閘室11的上下壁面分別設(shè)有圓形進(jìn)水口111和圓形出水口112、右側(cè)壁面設(shè)有矩形出水口113，弧形閘門12的下端與鉸座13相連、上端與啟閉機(jī)14相連。

棄流系統(tǒng)2包括初期雨水棄流箱21、浮球液位開關(guān)22、光照傳感器23和棄流孔24，初期雨水棄流箱21豎直布置并固定在建筑物外墻面，初期雨水棄流箱21側(cè)面的上端設(shè)有矩形進(jìn)水口211、下端設(shè)有棄流孔24，矩形進(jìn)水口211與閘室11側(cè)壁面的矩形出水口113相連通，浮球液位開關(guān)22懸掛在初期雨水棄流箱21內(nèi)壁右上側(cè)，光照傳感器23固定在初期雨水棄流箱21外壁面。

蓄水系統(tǒng)3包括雨水收集管道31、儲水箱32、取水口33溢流管34和通氣管35，儲水箱32的頂部設(shè)有圓形的進(jìn)水口321和溢流口322、側(cè)面右下端設(shè)有圓形的取水口33，雨水收集管道31上端與閘室11的圓形出水口112相連、下端與儲水箱32的進(jìn)水口321相連，取水口33裝有控制閥門，溢流管34由豎直段和水平段組成，豎直段下端與儲水箱32的溢流口322相連，水平段的側(cè)面設(shè)有豎直向上的通氣管35。

涵養(yǎng)地下水系統(tǒng)4包括雨水調(diào)控箱41、涵養(yǎng)地下水管道42、承臺43、涵管44和滲水孔45，雨水調(diào)控箱41通過管道與蓄水系統(tǒng)3的溢流管34對接，涵養(yǎng)地下水管道42豎直固定在承臺上，涵養(yǎng)地下水管道42的上端、下端分別與雨水調(diào)控箱41和涵管44相連通，涵管44的末端設(shè)有滲水孔45。

在本實施例中，未降雨前，整個裝置處于初始狀態(tài)，弧形閘門12處于開啟狀態(tài)，棄流孔24和取水口33處于關(guān)閉狀態(tài)。

在本實施例中，降雨初期，屋面雨水通過落水管10進(jìn)入閘室11的進(jìn)水口111，受弧形閘門12阻擋后通過矩形出水口113進(jìn)入初期雨水棄流箱21的矩形進(jìn)水口211，初期雨水棄流箱21中的雨水開始上升，浮球液位開關(guān)22的浮球隨著雨水逐漸上升，當(dāng)浮球上升至預(yù)計水位時，接通內(nèi)部線路并將信號發(fā)送給控制單元15，控制單元15接收到信號后，接通啟閉機(jī)14電源關(guān)閉弧形閘門12，此時雨水通過閘室11的圓形出水口112進(jìn)入雨水收集管道31。

在本實施例中，當(dāng)雨水通過閘室11的圓形出水口112進(jìn)入雨水收集管道時，蓄水系統(tǒng)3開始蓄水，雨水自動收集到儲水箱32中，當(dāng)雨水充沛時，隨著雨量的增加，儲水箱32水位持續(xù)上升，儲水箱32蓄滿后，雨水開始進(jìn)入溢流管34，溢流管34和雨水收集管道31中水位同步上升，當(dāng)水位上升至溢流管34的水平段時，雨水開始進(jìn)入雨水調(diào)控箱41中，接著先通過兩端涵養(yǎng)地下水管道42的低位進(jìn)水口流入涵管44，輸向遠(yuǎn)離建筑物的地下。

在本實施例中，在雨量較大的情況下，雨水調(diào)控箱41的水位逐漸上升淹沒涵養(yǎng)地下水管道42的低位進(jìn)水口，雨水開始流入次高位進(jìn)水口繼續(xù)將潔凈的雨水滲入地下，當(dāng)雨水調(diào)控箱41的水位逐漸上升淹沒涵養(yǎng)地下水管道42的次高位進(jìn)水口，雨水開始流入更高位進(jìn)水口并繼續(xù)將潔凈的雨水滲入地下，依此逐級淹沒各級進(jìn)水口，持續(xù)補給地下水。

在本實施例中，當(dāng)雨過天晴，太陽出來后，光照傳感器23接收到太陽光的照射，將光強信號傳輸給控制單元15，控制單元15接受信號后通過內(nèi)部計時器開始計時，當(dāng)光強信號超過8個小時時，控制單元15向棄流孔24電動閥門發(fā)出控制信號開啟棄流孔24，初期雨水棄流箱21的雨水開始排放，此時排放的雨水已經(jīng)錯開降雨時的路面徑流洪峰。

在本實施例中，當(dāng)初期雨水棄流箱21中的雨水排放完畢后，浮球液位開關(guān)22的浮球恢復(fù)到原始最低位，內(nèi)部線路斷開并將信號發(fā)送給控制單元15，控制單元15接通啟閉機(jī)14電源打開弧形閘門12，同時關(guān)閉棄流孔24的閥門，使整個裝置恢復(fù)到初始狀態(tài)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。