CN102033498B - 一种雨水管理系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雨水管理系统及其实现方法，其系统包括用于采集雨水信号的感应装置，用于控制雨水的通断的电动阀和用于根据所述雨水信号控制所述电动阀的启闭的控制器；所述感应装置和电动阀分别与控制器连接。当感应装置采集的雨水信号与控制器预设的信号相同时，该雨水管理系统可以用于两种功能，一种功能用于防止暴雨淹溱，由控制器控制电动阀关闭使雨水从弃流管中流出，另一种功能用于雨水收集，由控制器控制电动阀开启使雨水流入雨水收集池中，并在雨水收集池中的水位达到警界水位时，由控制器给出信号使电动阀关闭，使雨水从弃流管中流出。
Description
技术领域
本发明涉及雨水管理技术，特别涉及一种雨水管理系统及其实现方法。
背景技术
淡水资源缺乏是全球面临的问题，雨水是一种可持续利用的水源，它可用来补充地下水或者回用。目前，雨水管理部门一般会将雨水收集起来，经过简单的净化处理后，进行用于园林绿化、浇花或者冲洗厕所，但在收集雨水的同时又要考虑暴雨所带来的各种危害。
传统的雨水弃流技术及其装置采用的是容积式弃流或者满溢式弃流的方式。这些方式存在以下缺点：1、抗暴雨能力差；2、需进行计算；3、需人工操作；4、无法和城市雨洪调控系统接轨；5、技术含量低；6、只能对单一项目使用（各地暴雨系数不同）无法形成统一制式产品。
因此，研究一种智能的雨水管理系统是本领域的研究方向之一。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种雨水管理系统，能智能的对雨水进行收集和弃流。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种雨水管理系统，其中，包括用于采集雨水信号的感应装置，用于控制雨水的通断的电动阀和用于根据所述雨水信号控制所述电动阀的启闭的控制器；所述感应装置和电动阀分别与控制器连接；其中，所述控制器用于当雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号相同时，控制电动阀打开收集雨水，或者当雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制电动阀关闭将雨水弃流。
所述的雨水管理系统，其中，所述控制器包括：用于输入和显示控制信息的控制面板；用于存储各地百年雨水及暴雨系数数据和控制信息的存储器；用于根据所述控制信息控制电动阀启闭的中央处理器；用于控制所述控制器启闭的开关；用于接通电源的电源插头；所述控制面板、存储器、控制开关、电源插头分别与所述中央处理器连接。
所述的雨水管理系统，其中，还包括弃流管、雨水收集管和雨水收集池，所述雨水收集管与雨水收集池连通，所述弃流管与雨水收集管连通，所述电动阀设置有雨水收集池的入口处。
所述的雨水管理系统，其中，在所述雨水收集池中设置有用于检测水位高度的水位感应器，所述水位感应器与所述控制器连接。
所述的雨水管理系统，其中征在于，所述感应装置装设在楼宇立管、防洪渠、屋顶、道路或者广场上。
一种雨水管理系统实现雨水管理的方法，其中，包括：
由感应装置采集雨水信号，并将该雨水信号发送给控制器；
所述控制器根据雨水信号控制电动阀的启闭；其中当所述雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号相同时，控制电动阀打开收集雨水，或者当雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制电动阀关闭将雨水弃流。
所述的方法，其中，在由感应装置采集雨水信号，并将该雨水信号发送给控制器的步骤之后，所述的方法进一步包括：
在降雨初期，由控制器控制电动阀关闭将雨水弃流；
在电动阀关闭10-15分钟后，由控制器控制电动阀复位。
所述的方法，其中，在由感应装置采集雨水信号，并将该雨水信号发送给控制器的步骤之前，所述的方法进一步包括：
将控制信息输入控制器中；其中，所述控制信息包括汇水面积数值、雨水管直径、雨水收集信号、雨水弃流信号或弃流时间。
所述的方法，其中，所述雨水弃流信号包括最大弃流值和最小弃流值，并且所述雨水收集信号大于最小弃流值，小于最大弃流值。
所述的方法，其中，在控制器控制电动阀打开收集雨水控制打开收集雨水的步骤之后，所述的方法进一步包括：
由水位感应器检测雨水收集池中的水位高度，当该水位高度达到警界水位时，由控制器控制所述电动阀关闭将雨水弃流。
本发明提供的雨水管理系统及其实现方法，由于采用了感应装置、电动阀和控制器，当感应装置采集的雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号相同时，控制电动阀打开收集雨水，或者当雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制电动阀关闭将雨水弃流，从而控制雨水的收集和弃流，实现对雨水的管理。
本发明的另一种功能还用于雨水收集的控制，由编程控制器给出指令信号控制电动阀开启使雨水流入雨水收集池中，并在雨水收集池中的水位达到警界水位时，由控制器给出信号使电动阀关闭，使雨水从弃流管中流出。
本发明提供的雨水管理系统通过感应装置实时收集雨水信号，实现了在线监测收集雨量、实际雨量、弃流雨量的控制和信息采集，具有简单操作，智能化高，调控城市雨水避免淹泽或进行雨水收集回用、回渗补充地下水等，安装简便，只需安装控制箱和流量计既可，自动化、无需人员操做，应用广，适应性广，任何流量计量形式均可，数字化程度高，各种数据值同时显示。
附图说明
图1为本发明实施例提供的雨水管理系统结构框图。
图2为本发明实施例提供的控制器的结构框图。
图3为本发明实施例提供的控制器的电路图。
图4为本发明实施例提供的雨水管理的方法流程图。
图5为本发明提供的一应用实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种雨水管理系统及其实现方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明实施例提供的雨水管理系统包括感应装置110、电动阀120和控制器130。所述感应装置110和电动阀120均与控制器130连接。
所述感应装置110用于在降雨时采集雨水信号，该信号一般降雨量、雨水流量等。该感应装置110可装设在楼宇立管、防洪渠、屋顶、道路或者广场上。在具体实施时，所述感应装置为累计流量计、超声波感应器或者电磁感应器。
譬如，当该雨水管理系统用于城市雨水管理时，该感应装置可为累计流量计，用于采集雨水管中的水流量；当该雨水管理系统用于防洪渠的管理时，该感应装置为超声波感应器，并且该装置直接放置在防洪渠中。
电动阀120用于控制雨水的通断，而控制器130用于根据所述雨水信号控制所述电动阀的启闭。当所述感应装置110采集的雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号相同时，控制器130控制电动阀打开，从而收集雨水，当所述感应装置110采集的雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制器130控制电动阀关闭将雨水弃流。
但是该雨水管理系统用于防洪渠的管理时，控制器控制电动阀进行相反的动作，当感应装置采集的雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制器控制电动阀（即闸门）打开实现泄洪防止城市被淹，而当感应装置采集的雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号时，控制器控制闸门关闭。
当本发明的雨水管理系统用于城市雨水管理时，该系统还包括弃流管、雨水收集管和雨水收集池，该雨水收集管与雨水收集池连通，所述弃流管与雨水收集管连通，所述电动阀设置有雨水收集池的入口处。并且为了防止水淹，在雨水收集池中设置有用于检测水位高度的水位感应器，所述水位感应器与所述控制器连接，当雨水收集池中的水位达到警界水位时，控制器控制电动阀打开，将雨水弃流。
请参阅图2和图3，所述的控制器130包括控制面板131、中央处理器133、存储器132、开关134和电源插头135。所述控制面板131、存储器132、开关134和电源插头135分别与中央处理器133连接。
所述控制面板131为触摸控制面板131，用于输入和显示控制信息。其中，所述控制信息包括汇水面积数值、雨水管直径、雨水收集信号、雨水弃流信号或弃流时间。
所述存储器132用于存储全国各地百年降雨系数数据和控制信息，其中，各地百年降雨系数数据为国家法定水文资料，一般收集各地近一百年的雨水数据，并且将其与各地的区号关联。
譬如，当该雨水系统用于对广州地区的雨水管理时，只需在控制面板131中输入020，控制器130将会自动调出广州地区近百年来暴雨的最高值和最低值，此时工作人员只需输入汇水面积数据和雨水管直径就可以得到弃流数值。
当然，雨水收集信号、雨水弃流信号、弃流的相隔时间及电动阀复位的时间还可通过工作人员自行设定，只需在控制面板中输入的相应控制信息即可。
所述开关134包括电源开关Q和用于控制手动或者自动控制电动阀启闭的控制开关Q1/PLC，并且在控制器上还设置有用于指示电动阀打开的第一指示灯M2和用于指示电动阀关闭的第二指示灯M3。
所述电源插头135用于接入市电，在电源接通后，中央处理器133开始工作，该中央处理器133用于根据操作人员的控制信息自动控制电动阀14启闭，或者通过操作人员手动设置。
本实施例中，在所述控制器130中还可以设置保险丝F、电源指示灯M1，变压器T1，用于显示手机控制和自动控制的相应指示灯，基于这些电子元件的工作原理为现有技术，此处不再赘述。
在进一步的实施例中，所述中央处理器133内设置有时钟，用于记录弃流的时间，并且与当地的时间相关联。
基于上述的雨水管理系统，本发明实施例还对应提供一种雨水管理系统实现雨水管理的方法，请参阅图4，所述的方法包括：
S110、将控制信息输入控制器中；
其中，所述控制信息包括汇水面积数值、雨水管直径、雨水收集信号、雨水弃流信号或弃流时间。
S120、由感应装置采集雨水信号，并将该雨水信号发送给控制器；
S130、所述控制器根据所述雨水信号控制电动阀的启闭；其中当所述雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号相同时，控制电动阀打开收集雨水，或者当雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制电动阀关闭将雨水弃流。
在步骤S130中，预设的雨水弃流信号包括最大弃流值和最小弃流值，并且所述雨水收集信号大于最小弃流值，小于最大弃流值。即本发明实施例提供的雨水管理系统只收集流量在最小弃流值和最大弃流值之间的雨水。
以下以雨水管理在城市雨水管理中的应用对本发明进行详细说明：
该雨水管理系统包括雨水管11、感应装置12、雨水收集管13、电动阀14、弃流管15、雨水收集池16和控制器17。
其中，所述感应装置12装设在雨水管11中，并通过信号线与所述控制器17连接，用于采集雨水管11中的雨水流量，并将相应的雨水流量信号发送给控制器17。在具体实施时，该感应装置12可为管道流量计、超声波、电磁等。
所述雨水管11分别与弃流管15和雨水收集管13连通，该雨水管11可为楼宇立管，用于收集汇集屋顶、广场或者地面的雨水，并使雨水流向弃流管15或者雨水收集管13中。
所述雨水收集管13与雨水收集池16连通，用于将从雨水管11中流入的雨水输送至雨水收集池16中，所述雨水收集池16用于收集和储存雨水。
所述电动阀14设置在雨水收集管13的入口处，其通过信号线与控制器17连接，所述控制器17用于根据所述感应装置12采集的雨水信号，控制所述电动阀14的启闭，当所述雨水信号（该雨水信号可以当地的降雨量）与控制器17中的雨水收集信号相同时，控制电动阀14打开使雨水流入雨水收集池16中，或者当所述雨水流量与控制器17中的雨水弃流信号相同时，控制电动阀14关闭使雨水从弃流管15中排出。
在其它实施例中，在弃流管15上还可设置其它电动阀，该电动阀通过信号与控制器17连接，并通过控制器17进行控制。譬如当电动阀14打开时，弃流管上的电动阀闭合，当电动阀14关闭时，控制器17控制弃流管上的电动阀打开。
请再次参阅图5，在雨水收集池16内设置有用于检测水位高度的水位感应器161，该水位感应器161与所述控制器17连接，所述控制器17还用于当水位感应器161检测所述雨水收集池16中的水位高度达到警界水位时，控制电动阀14关闭，使雨水从弃流管15中流出。
其中，为了滤除初期雨水中的杂质，在所述雨水管11和电动阀14之间设置有雨水井111，并且在雨水井111中设置有过滤网112，用于滤除雨水中的杂质，得到较干净的雨水。
请继续参阅图5，本发明实施例提供的雨水管理系统还包括雨水回用池（图中未示出），该雨水回用池通过回用管18与雨水收集池16连接，并且在回用管18还设置有第二电动阀20，通过控制器17控制其启闭。该雨水回用池中收集的雨水经过简单处理后，可用于园林绿化、浇花、冲洗厕所等，当然该雨水回用池中的雨水经过标准的净化处理后，还可用于居民生活用水。因雨水的净化处理过程为现有技术，此处不再赘述。
在进一步的实施例中，所述的雨水管理系统还包括放空管19，该放空管19设置在雨水收集池16的底部，在放空管19的入口处设置有控制所述放空管19的通断的第三电动阀21，该第三电动阀21通过信号线与控制器17连接，通过控制器17控制其启闭。
在更进一步的实施例中，在所述雨水收集池16上还设置有用于冲洗地面的冲洗管22和防止雨水收集池中爆满的溢流管23，并且在冲洗管22和溢流管23上设置有相应的电动阀，这些电动阀均受控制器的控制。
本发明实施例还提供雨水管理系统在城市雨水管理时实现雨水管理的方法，其包括：
A、将控制信息输入控制器中；
其中，所述控制信息包括汇水面积数值、雨水管直径、雨水收集信号、雨水弃流信号或弃流时间。
B、由感应装置采集雨水信号，并将该雨水信号发送给控制器；
C、在降雨初期，由控制器控制电动阀关闭使雨水从弃流管中流出；
由于在降雨的初期，雨水中含有大量的杂质，所以本实施方式采用将这些含杂质较多的雨水进行弃流，并且弃流的时间一般为10-15分钟，其通过本发明的雨水管理系统中的计时模块计时，从感应装置采集到有雨的信号开始计算。
D、由控制器控制电动阀复位；其中，电动阀复位由控制器自动控制，并且其复位的时间为10-15分钟；
E、当所述雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号相同时，控制电动阀打开收集雨水，或者当雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制电动阀关闭将雨水弃流。
其中，在步骤B之前，所述的方法还包括采用过滤网将雨水过滤，滤除初期雨水中的杂质。
在进一步的实施例中，在控制器控制所述电动阀打开的步骤之后，所述的方法还包括：
由雨水收集池中的水位感应器检测雨水收集池中的水位高度，当该水位高度达到警界水位时，（譬如，雨水收集池中的雨水装满时）由控制器控制所述电动阀关闭使雨水从弃流管中排出。
在步骤E中，由感应装置采集的雨水信号，可通过计算换算为预设降雨量，其中，预设降雨量由以下方式获得：
Q=（K*F*q）/1000
其中，Q为雨水设计流量L/S（升/秒），F为汇水面积M2（平方米），q为当地降雨历时暴雨强度L/S.10000M2，K为设计重现期时的渲泄能力系数。本公式中，q根据当地百年雨水及暴雨系数得出。
而在控制器中，只需通过操作人员输入汇水面积和雨水收集管的管径，便可直接得到雨水弃流信号，该雨水弃流信号包括最小弃流值和最大弃流值，该最大弃流值和最小弃流值在控制器的软件编程时直接写入。
其中，最大弃流值可根据雨水收集管的管径与降雨量的对应关系设置（该对应关系可通过查表或者公式求出，其为现有技术，此处不作详述），而最小弃流值为人为设定的值，直接写入编程文件中即可。其中，雨水管径流量是固定的，其具体数值可根据雨水收集管的管径确定，所以工作人员只需输入雨水收集管的管径，便能得到最大弃流值。
当然该最大弃流值和最小弃流值还可以根据需要在控制面板中进行修改，即用户可自行设置该系统的最大弃流值和最小弃流值。
在具体实施时，雨水管理系统只收集降雨量在最小弃流值和最大弃流值之间的雨水，因此本实施例提供的雨水管理系统及其方法，可以在四种情况下进行弃流：
第一、当雨水收集管中的水流量小于等于最小弃流值时，该雨水管理系统会采用将这些雨水弃流的方式，此情况适应降雨量小的情况，如果降雨量很小，则没有必要收集这些雨水；第二、在降雨初期10-15分钟，由于初期雨水的流量相对较小，而且杂质较多，本发明实施例采用将这些比较脏的雨水弃流；第三、在下暴雨的时候，感应装置采集的雨水流量大于等于雨水弃流信号的最大值，为了避免城市水淹，本发明实施例采用将暴雨时期的雨水弃流；第四、当雨水收集池中的水位达到警界水位时，本发明实施例采用将雨水收集池无法收集的雨水弃流。
同时，本发明提供的雨水管理系统及其实现方法具有简单操作（不同地点安装只需在按键输入本地区号既可），智能化高（可与城市雨洪调控系统接驳），调控城市雨水避免淹泽或进行雨水收集回用、回渗补充地下水等，安装简便，只需安装控制箱和流量计既可，自动化、无需人员操做，应用广（适合任何管道型式，譬如：市政平行管、楼宇立管或宽渠），适应性广，任何流量计量形式均可，譬如：管道流量计、超声波、电磁等，数字化程度高，各种数据值同时显示，譬如：瞬间流量、累计流量、在线流量等。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种雨水管理系统，其特征在于，包括用于采集雨水信号的感应装置，用于控制雨水的通断的电动阀和用于根据所述雨水信号控制所述电动阀的启闭的控制器；所述感应装置和电动阀分别与控制器连接；其中，所述控制器用于当雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号相同时，控制电动阀打开收集雨水，或者当雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制电动阀关闭将雨水弃流；所述控制器包括：
用于输入和显示控制信息的控制面板；所述控制信息包括汇水面积数值、雨水管直径、雨水收集信号、雨水弃流信号或弃流时间；
用于存储各地百年降雨系数数据和控制信息的存储器；其中，各地百年降雨系数数据为国家法定水文资料，存储各地近一百年的雨水数据，并且将其与各地的区号关联；
用于根据所述控制信息控制电动阀启闭的中央处理器；
用于控制所述控制器启闭的开关；
用于接通电源的电源插头；
所述控制面板、存储器、控制开关、电源插头分别与所述中央处理器连接；
在不同地点安装雨水管理系统时，只需输入本地区号；所述感应装置采集的雨水信号，通过计算换算为预设降雨量，所述预设降雨量由以下方式获得：
Q=（K*F*q）/1000
其中，Q为雨水设计流量L/S（升/秒），F为汇水面积M2（平方米），q为当地降雨历时暴雨强度L/S.10000M2，K为设计重现期时的渲泄能力系数；其中，q根据当地百年雨水及暴雨系数得出。
2.根据权利要求1所述的雨水管理系统，其特征在于，还包括弃流管、雨水收集管和雨水收集池，所述雨水收集管与雨水收集池连通，所述弃流管与雨水收集管连通，所述电动阀设置有雨水收集池的入口处。
3.根据权利要求2所述的雨水管理系统，其特征在于，在所述雨水收集池中设置有用于检测水位高度的水位感应器，所述水位感应器与所述控制器连接。
4.根据权利要求1所述的雨水管理系统，其特征在于，所述感应装置装设在楼宇立管、防洪渠、屋顶、道路或者广场上。
5.一种如权利要求1所述雨水管理系统实现雨水管理的方法，其特征在于，包括：
将控制信息输入控制器中；其中，所述控制信息包括汇水面积数值、雨水管直径、雨水收集信号、雨水弃流信号或弃流时间；
由感应装置采集雨水信号，并将该雨水信号发送给控制器；
所述控制器根据雨水信号控制电动阀的启闭；其中当所述雨水信号与控制器中预设的雨水收集信号相同时，控制电动阀打开收集雨水，或者当雨水信号与控制器中预设的雨水弃流信号相同时，控制电动阀关闭将雨水弃流；
所述控制器包括：用于输入和显示控制信息的控制面板；用于存储各地百年雨水及暴雨系数数据和控制信息的存储器； 用于根据所述控制信息控制电动阀启闭的中央处理器；用于控制所述控制器启闭的开关；用于接通电源的电源插头；所述控制面板、存储器、控制开关、电源插头分别与所述中央处理器连接；其中，各地百年降雨系数数据为国家法定水文资料，存储各地近一百年的雨水数据，并且将其与各地的区号关联；
在不同地点安装雨水管理系统时，只需输入本地区号；所述感应装置采集的雨水信号，通过计算换算为预设降雨量，所述预设降雨量由以下方式获得：
Q=（K*F*q）/1000
其中，Q为雨水设计流量L/S（升/秒），F为汇水面积M2（平方米），q为当地降雨历时暴雨强度L/S.10000M2，K为设计重现期时的渲泄能力系数；其中，q根据当地百年雨水及暴雨系数得出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在由感应装置采集雨水信号，并将该雨水信号发送给控制器的步骤之后，所述的方法进一步包括：
在降雨初期，由控制器控制电动阀关闭将雨水弃流；
在电动阀关闭10-15分钟后，由控制器控制电动阀复位。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述雨水弃流信号包括最大弃流值和最小弃流值，并且所述雨水收集信号大于最小弃流值，小于最大弃流值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在控制器控制电动阀打开收集雨水的步骤之后，所述的方法进一步包括：
由水位感应器检测雨水收集池中的水位高度，当该水位高度达到警界水位时，由控制器控制所述电动阀关闭将雨水弃流。
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