本發(fā)明涉及海綿城市、城市排水、市政工程領(lǐng)域，特別是一種地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在城市內(nèi)部，大部分的地表土層、草坪被屋頂、瀝青、混凝土石板材或水泥磚等硬質(zhì)材料替代。由于此類硬質(zhì)材料不透水，雨水不能有效地滲入地下土層，落在硬質(zhì)不透水鋪面的雨水形成地面徑流。當(dāng)?shù)孛鎻搅髁砍^城市下水道系統(tǒng)的排水量時，導(dǎo)致城市內(nèi)澇；同時，由于地下水位上漲，且高處的地下水向低處快速匯集，使得低處地下水位迅速抬升，雨水無法通過地下排水系統(tǒng)及時有效排除而形成內(nèi)澇。為解決此問題，有在城市內(nèi)設(shè)置臨時儲水池或水塘，收集水雨和地面徑流，減少城市內(nèi)澇，但此類臨時儲水設(shè)施占地面積大，加劇城市開發(fā)用地問題。

近年來城市設(shè)計者使用透水混凝土鋪路來緩解城市內(nèi)澇。透水混凝土滲水速度高達(dá)0.01-5厘米/秒，落在其上的雨水以及來自高處的地面徑流能快速排入地下土層，從而減少城市內(nèi)澇。但是透水鋪面的排水速率取決于基層以下土壤的排水速率和儲水能力，如果透水鋪面下層土壤的即時儲排水量低于進入透水鋪面的徑流量和降雨量之和，則在透水鋪面表面將形成死水，即出現(xiàn)內(nèi)澇。如果透水混凝土的排水速率過快，則地下水位迅速上升，潛水面的自由水會向低處流，導(dǎo)致低洼處積水形成內(nèi)澇。此外，透水鋪面容易被砂塵和其它小顆粒阻塞，透水鋪面需要定期維護以維持高透水率，其維護成本高，難度大。再次，透水鋪面和傳統(tǒng)密實鋪面相比，其強度和耐久性相對較低，因此透水鋪面只能運用于低交通鋪面(例如停車場)而不是城市內(nèi)部的主要街道。

因此需要提供一個新型儲排水系統(tǒng)，使其具有：(1)降雨時能就地臨時儲存雨水和地面徑流，并在雨后逐漸自動排放到地下水，到下一次降雨時該系統(tǒng)內(nèi)部沒有積水以便再次就地臨時儲存雨水和地面徑流，(2)降雨時此系統(tǒng)附近地下水位不顯著提升，降低低洼處形成內(nèi)澇的概率，(3)此系統(tǒng)不占用地面上部空間，既可埋設(shè)于人行道、停車場或是其它地面活動場所下部，又可布設(shè)于道路兩邊替代傳統(tǒng)道路的排水系統(tǒng)，(4)此系統(tǒng)的儲排水功能不需要(或是很少需用)人工定期維護。開發(fā)此類系統(tǒng)，實為城市提供新型海綿體，是減少城市內(nèi)澇值得發(fā)展的一大課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)，能夠?qū)⒂晁偷孛鎻搅鲿簳r收集于慢滲排水結(jié)構(gòu)，在雨后若干天內(nèi)將儲存于慢滲排水結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分逐漸地自動排到地下，不顯著提升地下水位，減少城市地下管道排水壓力。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：一種地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)，包括帶過濾材料的慢滲排水結(jié)構(gòu)、加筋頂蓋、若干個透水進水口和若干個隔板，具體結(jié)構(gòu)為：設(shè)有為阻止地面徑流所攜帶的懸浮顆粒進入慢滲材料內(nèi)部而鋪設(shè)在慢滲排水結(jié)構(gòu)內(nèi)的過濾材料；設(shè)有可作為人行道、停車場或是其它地面活動場所的慢滲排水結(jié)構(gòu)上部加筋頂蓋；設(shè)有可阻止地面徑流所攜帶的大顆粒進入慢滲排水結(jié)構(gòu)的透水進水口；設(shè)有可就地分隔慢滲排水結(jié)構(gòu)內(nèi)雨水的隔板，防止雨水未就地慢滲排空而流入低洼處。

所述慢滲排水結(jié)構(gòu)的壁面、底面都可同時為慢滲材料，或是其中一面為慢滲材料，即慢滲排水結(jié)構(gòu)可為底滲式、壁滲式、底壁雙滲式的任何一種，優(yōu)選壁滲式。

所述慢滲材料的截面形式依據(jù)地形設(shè)定，可為梯形、圓形或矩形等。慢滲排水結(jié)構(gòu)可為長條形、圓柱形、方形等幾何結(jié)構(gòu)。

所述慢滲排水結(jié)構(gòu)壁面和底面鋪設(shè)有過濾材料，以過濾掉地面徑流所攜帶的小顆粒，防止慢滲材料被堵塞。過濾材料優(yōu)先選用土工布。

所述慢滲排水結(jié)構(gòu)邊緣安放有若干個進水口，進水口為高透水材料，其透水速率約為0.1-10厘米/秒。優(yōu)選0.5-2厘米/秒。

所述加筋頂蓋由加筋透水材料構(gòu)成，能濾掉地面徑流所攜帶的大顆粒，允許雨水和地面徑流快速進入慢滲排水結(jié)構(gòu)。

所述隔板的高度略低于慢滲排水結(jié)構(gòu)的凈高，超過隔板高度的水分可以流向河流或其它截水設(shè)施。隔板的縱向距離主要依據(jù)當(dāng)?shù)仄露?，降雨量、地面徑流量等因素共同決定。

所述慢滲排水結(jié)構(gòu)的滲水速率為5-50厘米/天。

本發(fā)明的有益效果是：

1、傳統(tǒng)水溝將雨水和地面徑流直接導(dǎo)入水池或河流，當(dāng)?shù)孛鎻搅髁砍^排水設(shè)施的容許值，導(dǎo)致內(nèi)澇。而慢滲排水結(jié)構(gòu)可將雨水就地截留，然后以慢滲形式在降雨后逐漸將截留水排入地下，更大限度的調(diào)控地面徑流。

2、慢滲排水結(jié)構(gòu)的排水方式有別于透水鋪面，透水鋪面將雨水和地面徑流快速排入基層，透水混凝土滲透速度高達(dá)0.01-5厘米/秒，雨水直接進入下層土壤，提升地下水位，加速高處水流往低處，加速低洼處水位上漲，導(dǎo)致低處形成內(nèi)澇。密實鋪面則直接形成地面徑流，而慢滲排水結(jié)構(gòu)首先將雨水和地面徑流暫時就地截取，不顯著地增大地下水位，阻止高處地面徑流流向低處，減少低洼地帶內(nèi)澇；同時慢滲排水結(jié)構(gòu)就地將其所截取雨水和地面徑流在一定時間內(nèi)(優(yōu)選1-7天)以滲透的形式自動排干，無需人工干預(yù)，以備再次暫時地收集降雨期形成的地面徑流。因此地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)具有海綿的功能，是透水鋪面和密實結(jié)構(gòu)所不具有的。

3、慢滲排水結(jié)構(gòu)可作為道路排水溝，也可作為安放在停車場、人行道底部的水箱。該慢滲排水結(jié)構(gòu)的進水口可用透水混凝土或者其它相似的透水材料制成，以阻止地面徑流所攜帶的大顆粒進入慢滲排水結(jié)構(gòu)。該慢滲排水結(jié)構(gòu)的頂面可為加筋蓋板，可作為人行道、停車位或是其它地面活動所需的場所。在慢滲排水結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有若干隔板，依據(jù)設(shè)置區(qū)域的坡度、徑流量等因素確定隔板的縱向距離，實現(xiàn)就地截留地面徑流，控制流往低處的水量。

4、提供一種新的城市海綿技術(shù)，有助于降低甚至根除城市內(nèi)澇。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)的立體圖。

圖2為本發(fā)明所述的地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)的立體剖面圖。

圖3為本發(fā)明所述的地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)的平面剖面圖。

圖4為本發(fā)明所述的地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)的裝配圖。

圖5為地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)停車場應(yīng)用示意圖

圖6為地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)人行道應(yīng)用示意圖

圖7為底滲式、壁滲式、底壁雙滲式排水結(jié)構(gòu)的排水效果。

具體實施方式

以下通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。

實施例1

如圖1至圖4所示，本發(fā)明所述的地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)的一個實例，設(shè)于小區(qū)、停車場、公園等低負(fù)荷場所底部，應(yīng)用示意圖如圖5所示，充分利用這些場所的底部空間進行雨水調(diào)蓄。其中，蓋在慢滲排水結(jié)構(gòu)2上部的加筋頂蓋7作為地面結(jié)構(gòu)，并為主要的進水口。在慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)部布設(shè)可濾水的過濾材料3，只允許水通過不讓砂土通過。慢滲排水結(jié)構(gòu)2為底滲式、壁滲式、底壁雙滲式三種形式中的一種，慢滲結(jié)構(gòu)透水率應(yīng)為5-50厘米/天，優(yōu)選5厘米/天。為使慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)部水能有效地滲入土層，在慢滲排水結(jié)構(gòu)2外部加鋪一定厚度的碎石層4。

實施例2

本實施例是在城市道路或其它線性工程側(cè)方，布設(shè)地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的排水溝，應(yīng)用示意圖如圖6所示。慢滲排水結(jié)構(gòu)2的側(cè)面布設(shè)若干個透水路緣石6當(dāng)作進水口，其用透水率為0.1-5厘米/秒的透水材料制成。進水口的開孔距、開孔大小、單邊或雙邊開孔情況可依實際工況而定。地面徑流經(jīng)透水路緣石6進入慢滲排水結(jié)構(gòu)。慢滲排水結(jié)構(gòu)頂部的透水加筋頂蓋7作為城市道路兩旁人行道使用，允許雨水或是地面徑流進入慢滲排水結(jié)構(gòu)2。

加筋透水蓋7與慢滲排水結(jié)構(gòu)2分離，以備定期更換過濾材料3(優(yōu)選土工布)或者定期清理殘留在慢滲排水結(jié)構(gòu)內(nèi)的渣土。

實施例3

如圖1所示，本發(fā)明所述的地下先儲水后慢滲排水系統(tǒng)的另一個應(yīng)用實例。利用慢滲混凝土制備的慢滲排水結(jié)構(gòu)2，慢滲混凝土的配合比：4-9毫米骨料80-100重量份，2-4毫米骨料46-58重量份，1-2毫米骨料50-63重量份，小于1毫米細(xì)粉24-30重量份，水泥膠凝材料40-50重量份，水17-21重量份。優(yōu)選:4-9毫米骨料90重量份，2-4毫米骨料52重量份，1-2毫米骨料56重量份，小于1毫米細(xì)粉27重量份，水泥45重量份，水19重量份。所述水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，嚴(yán)格控制混凝土拌合物的坍落度為0厘米，試制成慢滲混凝土。試制30厘米×50厘米×6厘米樣品，養(yǎng)護7天后將該樣品試制作為一個水箱的底面，將水箱充滿水后，觀測水箱水位隨時間下降的關(guān)系，反算樣品的滲水率。測試慢滲混凝土的滲水率約為9.12+0.005厘米/天。

透水路緣石6和透水加筋頂蓋7由透水混凝土構(gòu)成，其原料制配：5-10毫米骨料50-70重量份，水泥9-15重量份，水3-5重量份。優(yōu)選的：5-10毫米骨料60重量份，水泥12分，水分4重量份。所述的水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，在嚴(yán)格控制混凝土拌合物的坍落度為0厘米。

根據(jù)上述制成的慢滲混凝土，用hydrus2d軟件分別模擬底滲式、壁滲式、底壁雙滲式三種慢滲排水結(jié)構(gòu)2的排水速率。模擬的慢滲排水結(jié)構(gòu)2底長為50厘米，高為50厘米的水平長條形結(jié)構(gòu)。假設(shè)每一種慢滲排水結(jié)構(gòu)2的內(nèi)部放置過濾材料3均為土工布，即細(xì)顆粒無法進入慢滲材料內(nèi)部，保證慢滲材料的滲水速率不變。為研究最差基層排水條件下慢滲排水結(jié)構(gòu)2的排水速率，假設(shè)慢滲排水箱放置于淤泥地層，淤泥的飽和滲水速率約為6厘米/天，在淤泥層和箱子外邊之間填充2-5厘米的碎石，并用土工布將碎石和淤泥隔開。相對于慢滲排水結(jié)構(gòu)2，碎石的排水速率視為無窮大。假設(shè)慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)充50厘米高的雨水，模擬慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)部水位隨時間下降的規(guī)律如圖7所示。底壁雙滲式的慢滲排水結(jié)構(gòu)2滲水速率快，約25個小時可滲完50厘米的水量；底滲式的慢滲排水結(jié)構(gòu)2滲水速率其次，約50多個小時可滲完50厘米的水量；壁滲式的慢滲排水結(jié)構(gòu)2滲水速率剛開始較快，主要因為剛開始水壓大且兩壁滲出面積較大，后期壁滲式慢滲排水結(jié)構(gòu)2滲水速率極慢，主要因為結(jié)構(gòu)內(nèi)水位降低之后，側(cè)壁的水壓相對較低且滲水面積減小。經(jīng)過約120個小時(5天)，壁滲式結(jié)構(gòu)內(nèi)剩余水量約1厘米。因此，雖然底滲式、壁滲式、底壁雙滲式的慢滲排水結(jié)構(gòu)2排水方式有所不同，但慢滲排水結(jié)構(gòu)2都可在1-7天內(nèi)基本滲完結(jié)構(gòu)內(nèi)所有積水。

應(yīng)該注意到，底滲式、壁滲式、底壁雙滲式慢滲排水結(jié)構(gòu)2的排水速率與結(jié)構(gòu)的尺寸、慢滲材料的滲水率、慢滲材料的尺寸、結(jié)構(gòu)內(nèi)積水高度等因素有關(guān)。只要設(shè)計合適，底滲式、壁滲式、底壁雙滲式慢滲排水結(jié)構(gòu)2都可在預(yù)定的時間內(nèi)自動將結(jié)構(gòu)內(nèi)積水排干，以備再次暫時地儲存地面徑流和雨水。

工作原理

降雨時，雨水和地面徑流通過透水加筋頂蓋7和進水口6或者二者之一進入慢滲排水結(jié)構(gòu)2，由于慢滲排水結(jié)構(gòu)2滲水速率5-50厘米/天，慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)的水將逐漸地排放到地下土壤，在降雨時和其后在一定時間內(nèi)都不顯著提升慢滲排水結(jié)構(gòu)2附近地下水位。依據(jù)慢滲排水結(jié)構(gòu)2所在位置的坡度，在慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)設(shè)置若干個隔板8，由此將慢滲排水結(jié)構(gòu)2分隔為若干個慢滲集水箱。當(dāng)降水量較小時，慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)部的水位若沒超過隔板的高度，每個慢滲集水箱內(nèi)部截留的水分將會逐漸地排放到地下土壤，并在預(yù)定的時間自動排干。當(dāng)降雨量較大或是從其它高處徑流而來的地表水進入慢滲排水結(jié)構(gòu)2，導(dǎo)致慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)水位高度超內(nèi)部隔板8的高度，超過部分可排到河流或其它截水設(shè)施，從而降低城市內(nèi)澇的風(fēng)險。

當(dāng)慢滲排水結(jié)構(gòu)2內(nèi)有淤積有一定的渣土?xí)r，可以打開加筋頂蓋7對慢滲排水結(jié)構(gòu)內(nèi)進行清淤或是更換過濾材料3。

具體慢滲排水結(jié)構(gòu)2的高度、寬度、進水口大小和距離、隔板8距離、隔板高度等參數(shù)將由當(dāng)?shù)仄露?、地下水位高度、預(yù)期地表徑流量以及相鄰兩次降雨的間隔和大小等因素共同決定。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)、等效流程變換、在適當(dāng)刪減或增加，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。