CN107587406A - 一种路面雨水排除预警装置及其预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面雨水排除预警装置及其预警方法，包括在道路入口方向的路缘带上设置的雨量检测仪、水深显示器以及PLC芯片机，雨量检测仪、水深显示器与PLC芯片机均电性连接，所述雨量检测仪测定的降雨强度数据实时传到PLC芯片机，经过PLC芯片机计算处理后，在水深显示器上显示路面水深数据，且在凹形、谷形、马鞍形地形的交叉口内部或路段凹型竖曲线最低洼处设置排水装置，在路面最低洼处设置压力传感器，所述压力传感器与路面平齐，且压力传感器与PLC芯片机电性连接。本发明可以对道路积水深度进行预警提示，同时具有快速排水的功能，达到了最大量、快速排水的目的，满足道路通行的安全性。

Description

一种路面雨水排除预警装置及其预警方法

技术领域

本发明属于道路排水及应用技术领域，尤其是低洼路段或者海绵城市的一种路面雨水排除预警装置及其预警方法。

背景技术

随着当今中国城市化建设的快速发展，城市人口不断增加，工业急速发展，市政排水系统建设滞后于城市建设的问题越来越突出。特别是有些城市在建设过程中不注意地形地势的影响，使城市道路建设完成后出现许多低洼处，在大雨过后积水难以及时排出，尤其是在暴雨之后，城市某些低洼地段形成一片汪洋，积水迟迟难以排除，给行人以及车辆出行造成极大的困难。交叉口是城市道路的一个极其重要的组成部分，是车辆与行人汇集、转向和疏散的必经之地，是道路交通咽喉，现有的交叉口低洼处普遍采用设置雨水口的方式排水，在设置雨水口时大多未经计算按照当地习惯等距布设、而当城市大面积出现排水拥堵现象时，往往需要很长时间，积水方能排完，给交通安全带来巨大隐患。

同时，大量含悬浮物、有害金属离子的雨水直接通过雨水口进入城市管网排入附近水域中，造成水域水体污染。另一方面，随着当今城市人口的不断增加以及工业急速发展，城市耗水量不断增加，多数城市在夏季雨水充沛时内涝灾害时有发生，径流污染严重，而在暴雨过后又陷入干燥缺水的窘境，工业及居民生活用水匮乏问题日益凸显。

发明内容

本发明的目的是提供一种路面雨水排除预警装置及其预警方法，可以对道路积水深度进行预警提示，同时具有快速排水的功能，达到了最大量、快速排水的目的，满足道路通行的安全性。

本发明采用的技术方案如下：

一种路面雨水排除预警装置，包括沿道路交叉口的一个道路入口方向布设的多个排水装置、以及积水深度预警装置，积水深度预警装置包括在道路入口方向的路缘带上设置的雨量检测仪、水深显示器以及PLC芯片机，雨量检测仪、水深显示器与PLC芯片机均电性连接，所述雨量检测仪测定的降雨强度数据实时传到PLC芯片机，经过PLC芯片机计算处理后，并在水深显示器上显示路面水深数据，且在凹形、谷形、马鞍形地形的交叉口内部或路段凹型竖曲线最低洼处还设置排水装置，在路面最低洼处设置压力传感器，且压力传感器与PLC芯片机电性连接；所述排水装置包括导流池、以及连通于导流池底部的竖向排水管，导流池上部设有过滤网层，过滤网层包括有固定设于导流池上部内壁的基座、以及交替间隔排布于基座上的过滤网板、伸缩板，伸缩板可横向移动至相邻的过滤网板的内部、上方或下方，各个竖向排水管底端汇集于导流管，导流管另一端通过大功率水泵连接至蓄水池。

所述各个间隔排布的过滤网板固定设置于基座上，各个间隔排布的伸缩板横向滑动设置于基座上，直线驱动机构带动各个伸缩板沿基座横向滑动至过滤网板的内部、上方或下方，所述过滤网板为多孔状结构，伸缩板为实心结构，直线驱动机构与PLC芯片机电性连接，PLC芯片机控制直线驱动机构的前后移动。

所述的压力传感器测定的水压信号实时传到PLC芯片机，PLC芯片机电性连接到远程控制终端。

在凹形、谷形、马鞍形地形的交叉口内部或路段凹型竖曲线最低洼处设置2～4个排水装置，其它地形交叉口内部不设。

所述压力传感器为水压传感器，且压力传感器位置与路面平齐。

一种基于路面雨水排除预警装置的预警方法，包括以下步骤：

步骤1：PLC芯片机实时接收雨量检测仪、压力传感器所采集的降雨强度数据、水压数据，并由PLC芯片机进行集中处理；

步骤2：PLC芯片机根据公式Q′＝16.67Ψq_p,tF，计算坡面计算径流量Q′，式中q_p,t为降雨强度，mm/min；Ψ为径流系数；F为汇水面积，km²；F由公式F＝B·L′计算得出，式中B为路幅宽度，L′为沿路段长度，L′取值为100m～300m；i_h，i_z，s，Ψ根据排水装置所在城市和路面几何参数选取；

步骤3：当Q′≥NQ₂时，即积水深度预警装置启动预警程序，PLC芯片机通过采集的各项数据计算积水深度，并通过水深显示器显示积水深度H、H_d，H为每个道路入口方向的积水深度值，H_d为最低洼处显示的积水深度值，若降雨停止则仅显示H_d；根据公式计算每个道路入口方向的积水深度值H，m；式中Q′为坡面计算径流量，m³/s；i_h为路面横坡度；s为路面粗糙系数；i_z为路面纵坡度；η为大功率水泵排水能力提升系数；根据公式计算最低洼处的积水深度H_d，m；式中M为压力传感器所测值，pa；ρ为水的密度，kg/m³；g为重力加速度；Q₂为任一排水装置的最大泄水量，N为排水装置沿道路交叉口的一个道路入口方向布设个数；

步骤4：积水深度预警装置启动预警程序同时，PLC芯片机控制连接排水装置的直线驱动机构启动工作，直线驱动机构带动各个伸缩板沿基座横向滑动至过滤网板的内部、上方或下方，增大过滤网层的过水面积；且PLC芯片机控制连接的大功率水泵启动工作，用于加速排水装置的泄水工作，雨水通过导流管抽送至蓄水池。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明根据对曼宁公式的修正和水深压力基本理论，提出了积水深度公式，当实际降雨量大于设计排水量时，PLC芯片机计算出积水深度值，水深显示器实时显示低洼处的积水深度值，能有效给过往车辆以警示和提醒作用，明显提升城市低洼处在大暴雨条件下的行程安全，可以对道路积水深度进行预警提示，同时具有快速排水的功能，达到了最大量、快速排水的目的，满足道路通行的安全性。

2、本发明的泄水电动阀门在无降水时处于封闭状态，防止杂物堵塞排水装置，保证整个排水装置的正常工作。

3、蓄水池收集的雨水经过处理后可灌溉、绿化、美化城市环境；或喷洒路面，减少道路扬尘污染，夏季高温时还可降低路面温度，减少城市热岛效应；将满足自清洁、灌溉绿化、喷洒路面以外的多余雨水抽送到自来水厂进一步处理后作为工业或居民用水可提高城市蓄水能力，减少水资源浪费。

附图说明

图1为本发明的排水装置布置示意图。

图2为本发明的过滤网层结构示意图。

图3为本发明的控制流程示意图。

图4为本发明的预警装置安装示意图。

图中标号：1排水装置，2积水深度预警装置，3道路交叉口，4导流池，5竖向排水管，6过滤网层，7导流管，8蓄水池，9大功率水泵，10 PLC芯片机，11雨量检测仪，12水深显示器，13压力传感器，14直线驱动机构，15过滤网板，16伸缩板。

具体实施方式

参见附图，一种路面雨水排除预警装置，包括沿道路交叉口3的一个道路入口方向布设的多个排水装置1、以及积水深度预警装置2，积水深度预警装置2包括在道路入口方向的路缘带上设置的雨量检测仪11、水深显示器12以及PLC芯片机10，雨量检测仪11、水深显示器12与PLC芯片机10均电性连接，雨量检测仪11测定的降雨强度数据实时传到PLC芯片机10，经过PLC芯片机10计算处理后，并在水深显示器12上显示路面水深数据，且在凹形、谷形、马鞍形地形的交叉口内部或路段凹型竖曲线最低洼处还设置2～4个排水装置，其它地形交叉口内部不设，在路面最低洼处设置压力传感器13，压力传感器13为水压传感器，且压力传感器13位置与路面平齐，且压力传感器13与PLC芯片机10电性连接，压力传感器13测定的水压信号实时传到PLC芯片机10，PLC芯片机10电性连接到远程控制终端；排水装置1包括导流池4、以及连通于导流池4底部的竖向排水管5，导流池4上部设有过滤网层6，过滤网层6包括有固定设于导流池4上部内壁的基座、以及交替间隔排布于基座上的过滤网板15、伸缩板16，伸缩板16可横向移动至相邻的过滤网板15的内部、上方或下方，各个间隔排布的过滤网板15固定设置于基座上，各个间隔排布的伸缩板16横向滑动设置于基座上，直线驱动机构14带动各个伸缩板16沿基座横向滑动至过滤网板15的内部、上方或下方，过滤网板15为多孔状结构，伸缩板16为实心结构，直线驱动机构14与PLC芯片机10电性连接，PLC芯片机10控制直线驱动机构14的前后移动；各个竖向排水管5底端汇集于导流管7，导流管7另一端通过大功率水泵9连接至蓄水池8。

一种基于路面雨水排除预警装置的预警方法，包括以下步骤：

步骤1：PLC芯片机10实时接收雨量检测仪11、压力传感器13所采集的降雨强度数据、水压数据，并由PLC芯片机10进行集中处理；

步骤2：PLC芯片机10根据公式Q′＝16.67Ψq_p,tF，计算坡面计算径流量Q′，式中q_p,t为降雨强度，mm/min；Ψ为径流系数；F为汇水面积，km²；F由公式F＝B·L′计算得出，式中B为路幅宽度，L′为沿路段长度，L′取值为100m～300m；i_h，i_z，s，Ψ根据排水装置所在城市和路面几何参数选取；

步骤3：当Q′≥NQ₂时，即积水深度预警装置2启动预警程序，PLC芯片机10通过采集的各项数据计算积水深度，并通过水深显示器12显示积水深度H、H_d，H为每个道路入口方向的积水深度值，H_d为最低洼处显示的积水深度值，若降雨停止则仅显示H_d；根据公式计算每个道路入口方向的积水深度值H，m；式中Q′为坡面计算径流量，m³/s；i_h为路面横坡度；s为路面粗糙系数；i_z为路面纵坡度；η为大功率水泵排水能力提升系数；根据公式计算最低洼处的积水深度H_d，m；式中M为压力传感器所测值，pa；ρ为水的密度，kg/m³；g为重力加速度；Q₂为任一排水装置的最大泄水量，N为排水装置沿道路交叉口的一个道路入口方向布设个数；

步骤4：积水深度预警装置2启动预警程序同时，PLC芯片机10控制连接排水装置1的直线驱动机构14启动工作，直线驱动机构14带动各个伸缩板16沿基座横向滑动至过滤网板15的内部、上方或下方，增大过滤网层6的过水面积；且PLC芯片机10控制连接的大功率水泵9启动工作，用于加速排水装置1的泄水工作，雨水通过导流管7抽送至蓄水池8。

根据坡面计算径流量Q′大小将排水装置1分为以下三种工作模式：

工作模式一：当Q′<Q₁时，采用工作模式一，即伸缩板16不缩进过滤网板15中，仅通过过滤网板15的孔泄水。

工作模式二：当Q₁≤Q′<NQ₂时，采用工作模式二，即伸缩板16缩进过滤网板15中进行泄水。

工作模式三：当Q′≥NQ₂时，采用工作模式三，即伸缩板16缩进过滤网板15中进行泄水，且启动大功率水泵9提高排水能力。

一个道路入口方向排水装置1的总泄水能力通过计算，其中，Q为泄水量，L/s；a为消减系数；W为过水的面积，m²；c为孔口系数，取0.6～0.8；N为一个道路入口方向布设排水装置1的个数；g为重力加速度；h为允许存储水头，取0.02m～0.06m；k为孔口阻塞系数，取0.6～0.9。工作模式一时，a取0.2～0.4，c取0.6，W为过滤网板15的面积，一个道路入口方向的最大泄水量为Q₁。工作模式二时，a取0.6～0.8，c取0.8，W为伸缩板16的面积，N取1，一个排水装置1的最大泄水量为Q₂，一个道路入口方向的最大泄水量为NQ₂。

如图4所示，由PLC芯片机10计算的水深由水深显示器12显示为H或H_d，当min(H,H_d)<0.12m时小汽车、鞍式列车、载重汽车均可通过；当0.12m<min(H,H_d)<0.24m时鞍式列车、载重汽车可安全通过而小汽车不能通过；当0.24m<min(H,H_d)<0.9m时仅载重汽车能够安全通过；当min(H,H_d)>0.9m时小汽车、鞍式列车、载重汽车均无法安全通过。

Claims (6)

1.一种路面雨水排除预警装置，其特征在于，包括沿道路交叉口的一个道路入口方向布设的多个排水装置、以及积水深度预警装置，积水深度预警装置包括在道路入口方向的路缘带上设置的雨量检测仪、水深显示器以及PLC芯片机，雨量检测仪、水深显示器与PLC芯片机均电性连接，所述雨量检测仪测定的降雨强度数据实时传到PLC芯片机，经过PLC芯片机计算处理后，并在水深显示器上显示路面水深数据，且在凹形、谷形、马鞍形地形的交叉口内部或路段凹型竖曲线最低洼处还设置排水装置，在路面最低洼处设置压力传感器，且压力传感器与PLC芯片机电性连接；所述排水装置包括导流池、以及连通于导流池底部的竖向排水管，导流池上部设有过滤网层，过滤网层包括有固定设于导流池上部内壁的基座、以及交替间隔排布于基座上的过滤网板、伸缩板，伸缩板可横向移动至相邻的过滤网板的内部、上方或下方，各个竖向排水管底端汇集于导流管，导流管另一端通过大功率水泵连接至蓄水池。

2.根据权利要求1所述的路面雨水排除预警装置，其特征在于，所述各个间隔排布的过滤网板固定设置于基座上，各个间隔排布的伸缩板横向滑动设置于基座上，直线驱动机构带动各个伸缩板沿基座横向滑动至过滤网板的内部、上方或下方，所述过滤网板为多孔状结构，伸缩板为实心结构，直线驱动机构与PLC芯片机电性连接，PLC芯片机控制直线驱动机构的前后移动。

3.根据权利要求1所述的路面雨水排除预警装置，其特征在于，所述的压力传感器测定的水压信号实时传到PLC芯片机，PLC芯片机电性连接到远程控制终端。

4.根据权利要求1所述的路面雨水排除预警装置，其特征在于，在凹形、谷形、马鞍形地形的交叉口内部或路段凹型竖曲线最低洼处设置2～4个排水装置，其它地形交叉口内部不设。

5.根据权利要求1所述的路面雨水排除预警装置，其特征在于，所述压力传感器为水压传感器，且压力传感器位置与路面平齐。

6.一种基于权利要求1所述的路面雨水排除预警装置的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：PLC芯片机实时接收雨量检测仪、压力传感器所采集的降雨强度数据、水压数据，并由PLC芯片机进行集中处理；

步骤2：PLC芯片机根据公式Q′＝16.67Ψq_p,tF，计算坡面计算径流量Q′，式中q_p,t为降雨强度，mm/min；Ψ为径流系数；F为汇水面积，km²；F由公式F＝B·L′计算得出，式中B为路幅宽度，L′为沿路段长度，L′取值为100m～300m；i_h，i_z，s，Ψ根据排水装置所在城市和路面几何参数选取；

步骤3：当Q′≥NQ₂时，即积水深度预警装置启动预警程序，PLC芯片机通过采集的各项数据计算积水深度，并通过水深显示器显示积水深度H、H_d，H为每个道路入口方向的积水深度值，H_d为最低洼处显示的积水深度值，若降雨停止则仅显示H_d；根据公式计算每个道路入口方向的积水深度值H，m；式中Q′为坡面计算径流量，m³/s；i_h为路面横坡度；s为路面粗糙系数；i_z为路面纵坡度；η为大功率水泵排水能力提升系数；根据公式计算最低洼处的积水深度H_d，m；式中M为压力传感器所测值，pa；ρ为水的密度，kg/m³；g为重力加速度；Q₂为任一排水装置的最大泄水量，N为排水装置沿道路交叉口的一个道路入口方向布设个数；

步骤4：积水深度预警装置启动预警程序同时，PLC芯片机控制连接排水装置的直线驱动机构启动工作，直线驱动机构带动各个伸缩板沿基座横向滑动至过滤网板的内部、上方或下方，增大过滤网层的过水面积；且PLC芯片机控制连接的大功率水泵启动工作，用于加速排水装置的泄水工作，雨水通过导流管抽送至蓄水池。