CN107558587A - 一种先集水后慢漏排水系统 - Google Patents

Abstract

一种先集水后慢漏排水系统，包括集水结构、碎石层、透水加筋顶盖以及隔板，具体结构为：所述集水结构壁上设有若干个泄水道，泄水道内侧设有带漏水孔的板材，集水结构外侧和底部设有碎石层，集水结构顶部设有透水加筋顶盖，集水结构内设有隔板。该系统具有漏水速率可调节、不易阻塞、易维护的特点，能减少地面径流，缓解城市内涝，保持地下水平衡，是一种新型城市海绵体。

Description

一种先集水后慢漏排水系统

技术领域

本发明涉及海绵城市、城市排水、市政工程领域，特别是涉及一种先集水后慢漏排水系统。

背景技术

在城市化过程中，天然地表大都被混凝土、石板材等密不透水材料覆盖。落在这些密实不透水表面的降雨形成地面径流，雨水通过排水设施如雨水管、边沟等再排到河流或是其它集水设施。当降雨形成的地面径流量超过排水系统的排水量或是超过集水设施的集水量时，低洼处会出现内涝。若在城市内部建造大体积储水池或水塘以储存排水系统无法承担的径流，可在一定程度减少城市内涝，但此类方法加剧城市建设用地紧张。

将城市密实铺面改建成透水铺面，可以一定程度上缓解城市内涝。透水铺面允许雨水直接通过并渗透到铺面下部土壤，然而透水铺面强度低耐久性差，只能用于低交通流量道路、停车场、人行道等场所。其次，透水铺面的透水速率最终取决于基层下的土层的渗透速率。当土层渗透速率低于落在透水铺面上的雨水和来自其他高处的径流的总流量时，透水铺面表面形成内涝。如果透水铺面下部土层渗透速率较大，雨水快速下渗则提高地面潜水面，致使地下水快速流向低洼处，造成低洼处的内涝。

如果有一种先集水后慢漏排水系统，在强降雨时其排水速率低于或是远低于其集水速率，则降雨形成的地面径流可以暂时地集存于该系流。如果在雨后的一段时间内，集存于该系流的水分自动排干，以便再次收集下个降雨周期形成的地面径流，则可减缓甚至根除城市内涝。该类系统具有如下特征：(1)在降雨时，能够快速有效地吸收雨水和地面径流，减少因地面排水不畅而引起的内涝；(2)能够根据当地降雨量和基层下土层的渗透特性设置一个适当的漏水速率，漏水速率过大则使地下水位的过分抬高，进而导致低洼处水位上涨形成内涝，同时漏水速率过大则可能因为土层排水不畅在漏水口淤积；如果漏水速率过小，该类系统无法及时腾空足够空间以备再次暂存下次降雨形成的地面径流，则可能导致内涝；(3)服役时不需要或很少需要人工维护，若需人工定期维护，该系统便于检修。

该类先集水后慢漏排水系统可取代道路边沟，可布设于停车场、人行道、城市广场和公园等场所的地下空间用于暂存雨水。先集水后慢漏排水系统不额外或是很少占据地表空间，并具有足够的耐久性。也可运用于建筑屋檐下，先收集屋顶雨水，后向土层慢漏排空，补充地下水，减少地下排水压力。开发此类结构，对减少城市内涝、调节地下水平衡及建造新型海绵城市值得发展的一大课题。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是提供一种先集水后慢漏排水结构，能够及时有效地暂存雨水和地面径流，同时在雨后数天内集存的雨水自动排入周围土壤，以备下次降雨时能发挥其集排水功能，既保持地下水均衡，又能降低城市内涝。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种先集水后慢漏排水系统，包括集水结构、碎石层、透水加筋顶盖以及隔板，具体结构为：所述集水结构壁上设有若干个泄水道，泄水道内侧设有带漏水孔的板材，集水结构外侧和底部设有碎石层，集水结构顶部设有透水加筋顶盖，集水结构内设有隔板。

所述集水结构侧壁的泄水道内侧贴有透明不透水板材，透明不透水板材中心开有若干个漏水孔，优选一个。漏水孔距集水结构底部有一定距离，以减少被雨水沉积物堵塞的可能。侧壁泄水道内侧贴透明不透水板材便于检查漏水孔和泄水道是否堵塞或淤积；该板材便于拆卸、置换及清理。漏水孔的纵向间距主要依当地降雨量，地表径流量、实地纵向坡度等因素共同决定；漏水孔的大小依据基层下土层的渗透系数、饱和度和当地降雨量及频率等决定；漏水孔为圆形、方形、矩形或梯形，优选圆形；漏水孔的直径为1.0-8.0mm，优选1.5mm～3.0mm。透明不透水板材表面及其漏水口足够光滑，能减少藻类滋生。

所述集水结构的底部及侧壁均由不透水材料制成，侧壁单边、双边或双边交替地沿长度方向靠近底部处留有若干泄水道，泄水道形状可为矩形、弧形或梯形，泄水道的面积为3×3cm²～10×10cm²，优选6×6cm²。

所述的集水结构的截面形式依据地形设定，设为梯形、弧形或矩形，优选矩形结构。

所述透水加筋顶盖由透水材料加筋制成，透水材料允许地面径流和雨水通过的同时过滤掉水中的大颗粒物质，顶盖加筋后的强度可满足在人行道、停车场、城市广场和公园等地面活动场所的使用，也可取代道路边沟。

所述隔板由不透水材料制成，置于集水结构中，两隔板之间的形成一个封闭子结构。隔板顶部略低于集水结构顶部，低于隔板的水被截留，高于隔板的水流向其它隔板组成的截留区域中。隔板纵向间距依当地降雨量、地表径流量及实地坡度等决定。

所述碎石层的空隙能暂存漏水孔排出的水分，通过碎石层水分能逐渐渗透到周围土壤，碎石层增大了从漏水孔排出水与周围土壤的接触面积，提高水向土壤渗透的效率。

本发明的有益效果是：

1、先集水后慢漏排水系统的隔板可以将雨水和径流就地截留于若干个封闭子结构内，高于隔板的水可流向下水道系统中，不但缓解了城市排水系统的压力，而且储存水能在预定的时间内排入到下层土壤，补充地下水。而传统排水沟将雨水及径流直接排入下水道系统、河流和池塘中，加速低处的水位的上涨，导致内涝，也没有就地补给地下水。

2、地下先集水后慢漏排水系统可有效地吸收地面径流及雨水，减少城市内涝；且能在预定时间内自动排出储存的水，以备下次降雨时发挥功效。而密实铺面会形成径流，造成内涝。透水铺面受基层下土壤的渗透速率影响，渗透速率过大时会快速地抬升地下水位，导致低处内涝；渗透速率过小而雨量较大时，雨水无法向土壤中快速渗透，水量也超过了透水铺面的容水量，造成内涝。

3、地下先集水后慢漏排水系统的漏水孔距侧壁一定高度，能够减少被水中沉积物堵塞的可能，而且由于带漏水孔的板材透明且可拆卸，有助于定期检测漏水孔和泄水道的堵塞和淤积情况，便于维护。

附图说明

图1为本发明所述的先集水后慢漏排水系统的立体图。

图2为本发明所述的先集水后慢漏排水系统的平面剖面图。

图3为本发明所述的先集水后慢漏排水系统的装配图。

图4为先集水后慢漏排水系统停车场应用示意图。

图5为地下先集水后慢漏排水系统人行道应用示意图。

图6为先集水后慢漏排水系统截留屋顶雨水利用应用示意图。

图7为本发明所述的先集水后慢漏排水系统的制作模型图。

图8为内尺寸为1m×0.5m×0.5m水箱的实际渗漏线及理想渗漏线图。

图9为不同漏水孔孔径的排水沟的排水效果图。

图中标记为：地下先集水后慢漏水系统1、集水结构2、不透水材料3、泄水道4、透明不透水板材5、漏水孔6、碎石层7、透水加筋顶盖8、隔板9、水流路径10。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1

如图1至图5所示，本发明所述的先集水后慢漏排水系统的一个实例，是用于地下的先集水后慢漏水系统1，包括集水结构2、漏水孔6、碎石层7、透水加筋顶盖8以及隔板9，具体结构为：所述集水结构2壁上设有若干漏水孔6，集水结构2外侧和底部设有碎石层7，集水结构2顶部设有透水加筋顶盖8，集水结构2内设有隔板9。

本实施例可用于停车场、人行道、分车带和其它地下设施。

本实施例的透水加筋顶盖8作为该系统上表面结构负荷，能过滤掉进入集水结构2的雨水和径流所携带的杂质，能在需要清理或置换部件时打开。集水结构2为不透水材料3制成，如密实混凝土，不透水砌体材料。集水结构2中高于隔板9的水流向下游隔板9组成的封闭子结构或是其他储排水设施中，储存于集水结构2的水分只能从贴在泄水道4内侧的透明不透水板材5中的漏水孔6射出。泄水道4可沿侧壁单边、双边或双边交替布置，其间距及漏水孔6孔径大小依目标排水量而定。集水结构2外侧的碎石层7可暂时储水，其主要功能是增加漏水口排出水与土壤的接触面积，提高土壤的渗水效率。水流如水流路径10所示。

实施例2

如图6所示，本实施例是用于地上的先集水后慢漏水系统，利用先集水后慢漏排水系统截留屋顶雨水进行灌溉。雨水先通过雨水管进入先集水后慢漏排水系统1，再通过漏水孔6射入到绿化带或其它渗水表面下渗，补给地下水，延长雨水的灌溉作用，减少其他灌溉设备的使用。

实施例3

本实施例为本发明所述的先集水后慢漏排水系统的另一个实例，是使用不透水混凝土板制成内径为1m×0.5m×0.5m的无顶盖混凝土箱，混凝土板相接处用玻璃胶密封。短边侧壁模拟隔板9，在混凝土箱长边侧壁距底部2.5cm处开有一孔径为1.5mm的漏水孔6。混凝土箱侧壁内侧贴有与箱一样高度的刻度尺用于实时观察漏水量和水箱水位高度。将混凝土箱放置于预先开挖一个土坑内部，即混凝土箱坡度为0。土坑下层土体为粉质粘土，其渗透速率为1.5×10-⁷m/s，孔隙度为18％，饱和度为50％，混凝土箱底部与四壁外侧铺满碎石层7。制作模型如图7所示。往混凝土箱内注入高度为50cm的水，实验在保证只有少量水蒸发且无其它水再注入的情况下进行。实测渗漏线及理想渗漏线如图8所示，理想情况下水位降到漏水孔处需24.5小时，实际情况下试验开始26时后水还没有完全漏完，且实际渗漏速率小于理想渗漏速率，因为实际情况水具有粘滞阻力，而理想渗漏线模拟的是粘滞阻力为0的液体。虽然实测渗漏线及理想渗漏线有所偏差，但差别不大，因此先集水后慢漏排水系统的排水时间可用理想渗漏线大致估算。

工作原理

雨水和径流从透水加筋顶盖8的空隙进入集水结构2，同时雨水所携带的杂质被过滤，减少集水结构2淤泥沉积量，减少漏水孔6和泄水道4被堵塞的可能，可延长人工维护周期。透水加筋顶盖8可与集水结构2分离也便于检修。

集水结构2的坡度依实际工况、降雨量、地表径流量等确定。隔板9将集水结构2分隔成若干子结构，高于隔板9的水流向了低处的其它子结构或是其他储排水设施，而储存在集水结构2内的水不能从不透水的侧壁排出，只能从漏水孔6射出。射出的水经过泄水道进入碎石层7的空隙，最后渗透到周围土壤中。

漏水孔6射出的q＝水流量m³/s和t＝排空时间s可由托里切利定律Torricelli’slaw计算，其中A＝慢漏结构的表面积m²，a＝漏水孔6孔径面积m²，h＝慢漏结构的集水高度，g＝重力加速度m/s²。

依上述两公式可求得漏水孔6的射流量和排空时间，以一个集满50cm高水位的封闭子结构为例，水位是从漏水孔6底部起算，不超过隔板9顶部。如图8所示，集水结构充满水时，漏水孔6的射流量大，随着慢漏时间增大，漏水孔6射流量降低，当水位降到与漏水孔6底部齐平时，射流量为0。如图9所示，如果只开一个漏水孔6且孔孔径分别为1.0mm、1.5mm、2.0mm时，最大射流量分别约为2.3ml/s、5.7ml/s、10ml/s，水位降至与漏水孔6底部齐平时所需要的时间分别约为2.3、1.05、0.6天。漏水孔6的孔径较小时排水时间增大，留给基层足够时间排完从漏水孔6的射出的水量，但漏水孔6易堵塞、下次降雨时集水结构可能未有足够空间；增大漏水孔6的孔径可降低排水时间，但可能导致基层未能及时渗完漏水孔6射流量。建议漏水孔6的直径为1.0-8.0mm，优选1.5mm～3.0mm。

以上所述仅为本发明的一个实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构、等效流程变换、在适当删减或增加，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均应当包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种先集水后慢漏排水系统，包括集水结构、碎石层、透水加筋顶盖以及隔板，其特征在于，具体结构为：所述集水结构壁上设有若干个泄水道，泄水道内侧设有带漏水孔的板材，集水结构外侧和底部设有碎石层，集水结构顶部设有透水加筋顶盖，集水结构内设有隔板。

2.根据权利要求1所述的先集水后慢漏排水系统，其特征在于，所述集水结构侧壁的泄水道内侧贴有不透水、透明且开有漏水孔的板材。

3.根据权利要求2所述的先集水后慢漏排水系统，其特征在于，所述漏水孔可为圆形、方形、矩形或是梯形，优选圆形。

4.根据权利要求2或3所述的先集水后慢漏排水系统，其特征在于，所述漏水孔的直径为1.0～8.0mm，优选1.5mm～3.0mm。

5.根据权利要求1所述的先集水后慢漏排水系统，其特征在于，所述集水结构的底部及侧壁均由不透水材料制成，侧壁单边、双边或双边交替地沿长度方向靠近底部处留有若干泄水道，泄水道形状可为矩形、弧形或梯形，泄水道的面积为3×3cm²～10×10cm²，优选6×6cm²。

6.根据权利要求1所述的先集水后慢漏排水系统，其特征在于，所述的集水结构的截面形式依据地形设定，设为梯形、弧形或矩形，优选矩形结构。

7.根据权利要求1所述的先集水后慢漏排水系统，其特征在于，所述透水加筋顶盖由透水材料加筋制成。

8.根据权利要求1所述的地下先集水后慢漏排水系统，其特征在于，所述隔板由不透水材料制成，安装在集水结构中，两隔板之间形成一个封闭子结构。

9.根据权利要求1所述的地下先集水后慢漏排水系统，其特征在于，所述隔板顶部略低于集水结构顶部，低于隔板的水被截留，高于隔板的水流向其它隔板组成的截留区域中。