CN108221544B - 一种用于生态海绵城市道路的水循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及市政工程建设技术领域，特别涉及一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，其技术方案要点包括透水路面、位于透水路面下方的基层、位于基层下方的垫层、位于垫层下方的土基，所述垫层和所述土基之间设有反滤层，所述垫层内设置有导流塔，相邻导流塔之间形成汇流口，垫层内设置有储水仓，所述储水仓和所述汇流口之间连接有汇流管，所述储水仓内设置有加热器和抽水泵，所述基层内设置有热流管，所述热流管的两端分别连接于抽水泵和储水仓，通过加热器将储水仓内的水进行加热后，通过抽水泵将加热后的水送入热流管内并在热流管内循环，从而对透水路面的温度进行提升，加快积雪的融化速度，从而保证生态海绵城市进程的连续性。

Description

一种用于生态海绵城市道路的水循环系统

技术领域

本发明涉及市政工程建设技术领域，特别涉及一种用于生态海绵城市道路的水循环系统。

背景技术

海绵城市，是新一代城市雨洪管理的概念，是指城市在适应环境变换和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称之为“水弹性城市”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用。

一、生态海绵城市的渗水作用

随着城镇化建设的推进，城市自然生态也面临严峻的失衡，城市路面硬化，到处都是不透水材料的铺装，改变了原有生态本底和水文特征，因此，要加强自然的渗透，把渗透放在第一位，其好处在于：可以避免地表径流，减少雨水从硬化不透水路面汇集到市政管网里，同时，涵养地下水，补充地下水的不足，还能通过土壤净化水质，改善城市微气候。

二、生态海绵城市的滞水作用

其主要作用是延缓短时间内形成的雨水径流量，例如，通过微地形调节，让雨水慢慢汇集到一个地方，用时间换空间，通过“滞”，可以延缓形成径流的高峰。

三、生态海绵城市的蓄水作用

即把雨水留下来，要尊重自然的地形地貌，使降雨得到自然散落。现在人工建设破坏了自然地形地貌后，短时间内水汇集到一个地方，就形成了内涝，所以要把降雨蓄起来，以达到调蓄和错峰。

四、生态海绵城市的净水作用

通过土壤的渗透，通过植被、绿地系统、水体等，都能对水质产生净化作用，因此，将水蓄起来，经过净化处理，然后回用到城市中。

五、生态海绵城市的用水作用

收集的水资源不仅能缓解洪涝灾害，收集的水资源还可以进行利用，如将停车场上面的雨水收集净化后用于洗车等，通过“渗”涵养，通过“蓄”把水留在原地，在通过净化把水“用”在原地。

六、生态海绵城市的排水作用

利用城市竖向与工程设施相结合，排水防涝设施与天然水洗河道相结合，地面排水与地下雨水管渠相结合的方式来实现一般排放和超标雨水的排放，避免内涝等灾害。

但是，现有海绵城市的建设单单从收集雨水角度出发，在北方，冬天时降雪较多，而当降雪堆积于路面时，生态海绵城市无法进行“渗”，只能经过自然化雪或人工化雪形成水时才能发生“渗”，而冬天往往化雪的时间比较久，对交通造成影响，且造成生态海绵城市进程的停滞。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，具有适应各种气候，使得生态海绵城市正常循环的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，包括透水路面、位于透水路面下方的基层、位于基层下方的垫层、位于垫层下方的土基，所述垫层和所述土基之间设有反滤层，所述透水路面和基层之间设置有过滤层，所述过滤层内设置有导流层，所述导流层呈圆台形，且导流层底部设置有汇流口，基层内设置有储水仓，汇流口和储水仓之间有汇流管，所述储水仓内设置有加热器和抽水泵，所述过滤层内设置有热流管，所述热流管的两端分别连接于抽水泵和储水仓。

通过上述技术方案，雨季时，雨水在透水路面上发生渗透，雨水经过透水路面后流经过滤层进行过滤，同时，在导流层的作用下，过滤后的水从汇流口流经汇流管后存储于储水仓内；当透水路面上存有积雪时，导通加热器和抽水泵的供电回路，加热器对储水仓内储存的存余的水进行加热，并通过抽水泵将加热后的水送入铺设于基层内的热流管内，抽水泵使得热流管内的加热后的水进行循环，从而提高透水路面上的温度，当透水路面上的雪量较小时，提高透水路面上积雪的条件，使得积雪不易在路面上堆积；当透水路面上堆积有积雪时，由于透水路面的温度提升，达到加速积雪融化的效果，积雪融化后的雪水通过透水路面和过滤层后流经汇流管汇集于储水仓内，该用于生态海绵城市道路的水循环系统具有适应各种气候，使得生态海绵城市正常循环的效果。

进一步的，所述储水仓内设置有用于控制加热器和抽水泵启闭的水位水温控制装置；

当储水仓内水位高于最低水位且温度低于第一温度预设值时，水位水温控制装置控制加热器启动，抽水泵可开启；

当加热器将储水仓内的水加热至第二温度预设值时时，水位水温控制装置控制加热器关闭；

当储水仓的水位低于最低水位时，加热器和抽水泵处于关闭状态。

通过上述技术方案，通过水位水温控制装置使得储水仓内的水在水位高于最低最低水位时温度保持在一定的范围内，当储水仓的温度低于第一预设值启动加热器，用于防止由于储水仓内的水温过低时产生结冰现象，从而影响加热器和抽水泵的正常使用，且进一步缩短加热器对储水仓内存余的水的加热时间；同时通过第二温度预设值时控制停止加热器继续对储水仓内的水加热，防止加热器将储水仓的水加热至过高温度后的能源浪费，且防止水温过高后形成水蒸气贴附于储水仓的仓壁上，大量的水蒸气造成储水仓内的水量减少，而当水位低于最低水位时造成加热器和抽水泵的停工。

进一步的，所述热流管上连接有设置于过滤层内的导流管，所述过滤层内填设有与导流管相通用于浸润透水路面的由多种纤维缠绕而成的纤维簇。

通过上述技术方案，当夏天或其他情况下的透水路面温度较高时，行人走在透水路面上脚底有灼烫感，汽车在透水路面上行驶时，由于汽车轮胎为橡胶材质制作，高温的透水路面加速轮胎的老化，固需要对透水路面进行湿润，通过水蒸发吸热的原理对透水路面进行降温，而导流管和热流管连通，当开启抽水泵时，导流管内通水，导流管内的水浸润纤维簇后对透水路面进行浸润，从透水路面的底部对透水路面进行浸润，对透水路面的降温操作更加彻底，且利用储水仓内的水对透水路面进行浸润，达到充分利用水资源的效果；当冬天路面产生积雪时，可将加热后的水导入导流管内，通过纤维簇将加热后的水浸润于透水路面的底部，从而加速积雪的融化，该用于生态海绵城市道路的水循环系统具有适应各种气候，使得生态海绵城市正常循环的效果。

进一步的，所述纤维簇包括棉纤维、金属纤维和包裹于棉纤维和金属纤维外的碳纤维。

通过上述技术方案，棉纤维的吸湿性强，具有良好的吸水性，且具有一定耐磨性；金属纤维提高纤维簇的抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度和韧性，且金属纤维使得纤维簇具有一定的形状，从而方便纤维簇的铺设；碳纤维具有强度高、耐高温、耐腐蚀性极好、耐疲劳性极好的特点，碳纤维起到保护层的作用，延长纤维簇的寿命。

进一步的，所述过滤层和基层之间铺设有覆盖于溢流口的土工布。

通过上述技术方案，土工布在干和湿两种状态下都能保持充分的强力和伸长，且土工布具有耐腐蚀性和良好的渗水功能，对经过过滤层过滤后的水进行进一步过滤，土工布可将水中的细砂和小石料等进行过滤，从而保证流入汇流管内的水中不掺杂任何杂质，进一步减少储水仓内因杂质沉淀造成的储水量的减少的现象发生，同时，减少杂质在热流管内堆积造成的管道堵塞的现象发生。

进一步的，所述储水仓的仓壁上设置有保温层。

通过上述技术方案，当加热器将储水仓的水加热至一定温度后，为减少因热量散失造成的资源浪费，通过保温层对储水仓内的水温进行保持，从而减少加热器的工作时间和工作频率。

进一步的，所述保温层为填充于储水仓仓壁内的聚苯乙烯泡沫。

通过上述技术方案，聚苯乙烯泡沫是一种轻型高分子聚合物，它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，同时加热进行软化产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料，这种聚苯乙烯泡沫具有良好的保温性、耐久性以及具有较大的附加应力，固将聚苯乙烯泡沫填充于储水仓的仓壁内，在对储水仓内的水进行保温的同时，保证储水仓的强度。

进一步的，所述储水仓和市政管网之间连接有溢水管和给水管，所述给水管上安装有给水泵，所述储水仓上设置有用于关闭给水泵的启闭装置。

通过上述技术方案，当储水仓内水充满储水仓时，为防止透水路面上产生积水而影响交通秩序，储水仓内的水通过溢水管流入市政管网中，市政管网作为储水仓的备用储水库，保证储水仓内的水循环，减少透水路面上的积水现象；当储水仓内的水较少而影响加热管和抽水泵的工作时，市政管网作为备用水库，通过给水泵将市政管网中的水送入储水仓内，并通过启闭装置控制给水泵的闭停，从而保证加热器和抽水泵正常工作。

进一步的，所述启闭装置包括连接于储水仓侧壁且与储水仓相通的测量腔，所述测量腔上安装有安装框，所述安装框上安装有用于关闭给水泵的闭停按钮，所述测量腔上穿设活动杆，所述活动杆位于闭停按钮下方，所述测量腔内放置有用于推动活动杆触发闭停按钮的漂浮球。

通过上述技术方案，当给水泵将市政管网中的水送至储水仓内时，和储水仓相通的测量腔由于连通器的远离和储水仓内的水位保持一致，漂浮球随着测量腔内的水位上升而上升，当漂浮球推动活动杆触发闭停按钮后，给水泵停止工作，储水仓内的水保持当前水位。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过水位水温控制装置控制加热器对储水仓内的水进行加热后，并通过抽水泵将加热后的水送入热流管内并在热流管内循环，从而对透水路面的温度进行提升，加快积雪的融化速度，降低积雪对交通的影响，且保证海绵城市的进程的连续性；

通过导流管和纤维簇对透水路面进行湿润，冬天时，导流管内为加热后的水，纤维簇加速积雪的融化，夏天时，导流管为常温水，对路面进行降温；

通过溢流管和给水管对储水仓内的水进行排放和供给，与市政管网配合，减少透水路面上积水的产生，且保证储水仓内的加热器和抽水泵的正常运行。

附图说明

图1是实施例的整体结构示意图；

图2是储水仓的剖面示意图，主要示出保温层与储水仓之间的关系；

图3是纤维簇的剖面示意图；

图4是图1中A部的放大图。

附图标记：1、土基；2、反滤层；3、垫层；4、基层；5、过滤层；6、透水路面；7、导流层；8、汇流口；9、储水仓；10、汇流管；11、土工布；12、加热器；13、抽水泵；14、热流管；15、水位水温控制装置；16、水位传感器；17、温度传感器；18、保温层；19、给水管；20、给水泵；21、导流管；22、纤维簇；23、棉纤维；24、金属纤维；25、碳纤维；26、启闭装置；27、测量腔；28、漂浮球；29、安装框；30、闭停按钮；31、活动杆；32、溢流管。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，如图1所示，包括土基1，土基1上铺设有反滤层2，反滤层2上铺设有垫层3，垫层3上铺设有基层4，基层4上铺设有过滤层5，过滤层5上铺设有透水路面6。

透水路面6和基层4由透水混凝土浇筑而成，垫层3包括碎石层、砂砾层和粗砂层，垫层3介于基层4和土基1之间，用于改善土基1的水稳情况。

反滤层2用于防止土基1中的地下水反渗至垫层3和基层4，从而进一步保证垫层3和基层4的水稳定性。

过滤层5包括砂砾层和粗砂层，且粗砂层铺设于底部，砂砾层铺设于粗砂层上部。

当透水路面6上的水经过过滤层5时，砂砾层对水中的大直径杂质进行过滤，粗砂对水中小直径杂质进行过滤。

过滤层5内铺设有导流层7，导流层7选用防水透气膜，防水透气膜主要由PP纺粘无纺布、PE高分子透气膜和PP纺粘无纺布三层构成，导流层7呈圆台形设置，导流层7的上端开口直径大于下端开口直径，且导流层7的底部开口处为汇流口8。

基层4内设置有预制的储水仓9，储水仓9由混凝土浇筑而成，储水仓9和汇流口8之间连接有汇流管10，且为防止粗砂掉落至储水仓9内，基层4上铺设有土工布11，土工布11覆盖汇流口8，土工布11对流入汇流管10内的水进行过滤。

冬天时，为加速透水路面6上的积雪融化从而使得海绵城市循环连续进行，储水仓9内安装有加热器12和抽水泵13，抽水泵13的出水端连接有热流管14，热流管14一端从储水仓9底部穿过，处于建设成本考虑，热流管14穿过基层4后铺设于过滤层5一侧，热流管14呈蛇形铺设于过滤层5上方，热流管14的另一端连接于储水仓9上方并与储水仓9相通，加热器12用于对储水仓9内的水进行加热，抽水泵13用于推动储水仓9内的水在热流管14内进行循环。

为进一步减少人工操作，储水仓9上设置有水位水温控制装置15，水位水温控制装置15用于检测储水仓9内水位和水温，并控制加热器12和抽水泵13的启闭。

水位水温控制装置15包括安装于储水仓9内的水位传感器16和温度传感器17，水位传感器16用于检测储水仓9内的水位高低，温度传感器17用于检测储水仓9内的水温高低，水位传感器16和温度传感器17的输出端耦接有控制器（图中未示出），通过控制器可设定启动加热器12的最低水位、第一温度预设值和第二温度预设值，且控制器内安装有无线接收模块，远程端设置有无线发射模块，远程端通过无线发射模块发射无线电信号，无线接收模块接收到无线发射端发射的无线电信号后，控制抽水泵13的启停。

当水位传感器16检测到储水仓9内的水位高于最低水位且温度传感器17检测到储水仓9内的水温低于第一温度预设值时，控制器控制座加热器12启动，加热器12对储水仓9内的水进行加热；

当温度传感器17检测到储水仓9内的水温高于第二温度预设值时，控制器控制加热器12关闭；

其中，当需要对透水路面6进行加温时，通过远程端开启抽水泵13，抽水泵13将水送入热流管14内，且由于抽水泵13的持续工作，则使得加热后的水在热流管14内循环，从而提高对透水路面6的升温效果；

当水位传感器16检测到储水仓9内的水位低于最低水位时，加热器12不启动，且抽水泵13也无法开启。

如图2所示，为减少加热器12的启动频率，达到解决能源的效果，储水仓9的仓壁内设置有保温层18，本实施例中保温层18为填充于储水仓9仓壁内的聚苯乙烯泡沫。

聚苯乙烯泡沫是一种轻型高分子聚合物，它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，同时加热进行软化产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料，这种聚苯乙烯泡沫具有良好的保温性、耐久性以及具有较大的附加应力，固将聚苯乙烯泡沫填充于储水仓9的仓壁内，在对储水仓9内的水进行保温的同时，保证储水仓9的强度。

如图1所示，为保证储水仓9内的水位高于最低水位从而使得抽水泵13和加热器12的正常工作，且同时防止因储水仓9充满水后造成透水路面6上产生积水而影响交通秩序现象的发生，储水仓9与市政管网相通，储水仓9的上方和市政管网之间连接有给水管19，给水管19上安装有给水泵20，给水泵20用于将市政管网中的水补充于储水仓9内，位于给水管19下方的储水仓9和市政管网之间连接有溢流管32，为节约市政管网中的水资源，通过水位传感器16对储水仓9内的水位进行检测，并通过控制器对给水泵20的闭停进行控制。

冬天时为加速透水路面6中部的积雪的融化，同时，夏天时为充分利用储水仓9内的水资源对透水路面6进行降温，热流管14上固定连接有导流管21，导流管21水平铺设于过滤层5内，过滤层5上方填充有若干纤维簇22，纤维簇22覆盖透水路面6的底部，且纤维簇22的上端延伸至透水路面6的下方，纤维簇22底部穿过导流管21的管壁，纤维簇22由多种纤维缠绕而成，纤维簇22将导流管21内的水传递至透水路面6下方。

如图3所示，纤维簇22包括螺旋缠绕的棉纤维23和金属纤维24，棉纤维23和金属纤维24外侧包裹有碳纤维25。

棉纤维23的吸湿性强，具有良好的吸水性，且具有一定耐磨性；金属纤维24提高纤维簇22的抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度和韧性，且金属纤维24使得纤维簇22具有一定的形状，从而方便纤维簇22的铺设；碳纤维25具有强度高、耐高温、耐腐蚀性极好、耐疲劳性极好的特点，碳纤维25起到保护层的作用，延长纤维簇22的寿命。

本实施例中，热流管14、导流管21、给水管19上安装有电磁阀，电磁阀由远程端控制启闭。

本实施例中，远程端表示市政指挥控制处。

工作过程：

雨天时，雨水落于透水路面6上，雨水透过透水路面6进入过滤层5内，由过滤层5对穿过透水路面6的雨水中的杂质进行过滤，且经过过滤层5过滤后通过汇流口8和汇流管10存储于储水仓9内。

雪天时，当雪量较大而在透水路面6上发生堆积现象时，通过人工将雪堆积于铺设热流管14上方的透水路面6的一侧，当储水仓9内的水位高于最低水位时，加热器12对储水仓9内的水进行加热，人工控制抽水泵13启动，从而加速透水路面6上的积雪融化。

当雪量较小时，开启导流管21上的电磁阀，加热后的水经过导流管21，纤维簇22对透水路面6进行加温，从而减少透水路面6上积雪的产生。

实施例二：

与实施例一的不同之处在于，如图1和图4所示，为节约市政管网中的水资源，储水仓9上设置有启闭装置26，当启闭装置26检测到储水仓9内的水位高于最低水位时关闭给水泵20。

启闭装置26包括固定连接于储水仓9的测量腔27，测量腔27下方和储水仓9相通，测量腔27内放置有漂浮球28，测量腔27的内壁直径略大于漂浮球28的直径，测量腔27上方固定连接有安装框29，安装框29上安装有闭停按钮30，当闭停按钮30触发时，给水泵20的供电回路被关断，测量腔27的上方穿设有活动杆31，活动杆31可发生竖直方向上的滑动，活动杆31的两端的直径大于中间位置处的直径，如此设置，用于防止活动杆31与测量腔27脱离。

当给水泵20开启后对储水仓9进行补给水时，测量腔27和储水仓9由于连通器的原理与储水仓9内的水位保持一致，当测量腔27内的水位上涨时，漂浮球28漂浮于水上，当储水仓9内的水位上涨至最低水位时，漂浮球28推动活动杆31触发闭停按钮30，从而控制给水泵20停止工作。

当储水仓9内水位降低时，测量腔27的水位下降，漂浮球28下降，活动杆31由于重力原因下滑，活动杆31不接触闭停按钮30。

通过启停装置控制给水泵20的闭停，水位传感器16只负责检测储水仓9内水位后控制传输给控制器进行控制，减少控制器的控制项目数量，减少控制器控制错乱现象的发生次数，提高提供生态海绵城市道路的水循环系统的可靠性。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，其特征在于：包括透水路面(6)、位于透水路面(6)下方的基层(4)、位于基层(4)下方的垫层(3)、位于垫层(3)下方的土基(1)，所述垫层(3)和所述土基(1)之间设有反滤层(2)，所述透水路面(6)和基层(4)之间设置有过滤层(5)，所述过滤层(5)内设置有导流层(7)，所述导流层(7)呈圆台形，且导流层(7)底部设置有汇流口(8)，基层(4)内设置有储水仓(9)，汇流口(8)和储水仓(9)之间有汇流管(10)，所述储水仓(9)内设置有加热器(12)和抽水泵(13)，所述过滤层(5)内设置有热流管(14)，所述热流管(14)的两端分别连接于抽水泵(13)和储水仓(9)，所述热流管(14)上连接有设置于过滤层(5)内的导流管(21)，所述过滤层(5)内填设有与导流管(21)相通用于浸润透水路面(6)的由多种纤维缠绕而成的纤维簇(22)，所述纤维簇(22)包括棉纤维(23)、金属纤维(24)和包裹于棉纤维(23)和金属纤维(24)外的碳纤维(25)。

2.根据权利要求1所述的一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，其特征在于：所述储水仓(9)内设置有用于控制加热器(12)和抽水泵(13)启闭的水位水温控制装置(15)；

当储水仓(9)内水位高于最低水位且温度低于第一温度预设值时，水位水温控制装置(15)控制加热器(12)启动，抽水泵(13)可开启；

当加热器(12)将储水仓(9)内的水加热至第二温度预设值时时，水位水温控制装置(15)控制加热器(12)关闭；

当储水仓(9)的水位低于最低水位时，加热器(12)和抽水泵(13)处于关闭状态。

3.根据权利要求1所述的一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，其特征在于：所述过滤层(5)和基层(4)之间铺设有覆盖于溢流口的土工布(11)。

4.根据权利要求1所述的一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，其特征在于：所述储水仓(9)的仓壁上设置有保温层(18)。

5.根据权利要求4所述的一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，其特征在于：所述保温层(18)为填充于储水仓(9)仓壁内的聚苯乙烯泡沫。

6.根据权利要求1所述的一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，其特征在于：所述储水仓(9)和市政管网之间连接有溢水管和给水管(19)，所述给水管(19)上安装有给水泵(20)，所述储水仓(9)上设置有用于关闭给水泵(20)的启闭装置(26)。

7.根据权利要求6所述的一种用于生态海绵城市道路的水循环系统，其特征在于：所述启闭装置(26)包括连接于储水仓(9)侧壁且与储水仓(9)相通的测量腔(27)，所述测量腔(27)上安装有安装框(29)，所述安装框(29)上安装有用于关闭给水泵(20)的闭停按钮(30)，所述测量腔(27)上穿设活动杆(31)，所述活动杆(31)位于闭停按钮(30)下方，所述测量腔(27)内放置有用于推动活动杆(31)触发闭停按钮(30)的漂浮球(28)。

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